Проводники в электростатическом поле
Проводники – тела, в которых электрический заряд может перемещаться по всему его объему. Напряженность и потенциал электростатического поля в проводнике и вблизи него. Электроемкость уединенного проводника. Расчет электрической емкости конденсаторов.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 02.08.2015 |
| Размер файла | 74,0 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Проводники в электростатическом поле
Проводники - тела, в которых электрический заряд может перемещаться по всему его объему.
Проводники первого рода: металлы - перенесение в них зарядов (свободных электронов) не сопровождается химическими превращениями.
Проводники второго рода: расплавленные соли, растворы кислот - перенесение в них зарядов (положительных и отрицательных ионов) ведет к химическим изменениям.
Если поместить проводник во внешнее электростатическое поле или его зарядить, то на заряды проводника будет действовать электростатическое поле, в результате чего они начнут перемещаться. Перемещение зарядов (ток) продолжается до тех пор, пока не установится равновесное распределение зарядов, при котором электростатическое поле внутри проводника обращается в нуль. Это происходит в течение очень короткого времени. В самом деле, если бы поле, не было равно нулю, то в проводнике возникло бы упорядоченное движение зарядов без затраты энергии от внешнего источника, что противоречит закону сохранения энергии. Напряженность поля во всех точках внутри проводника равна нулю:
Е = 0.
Отсутствие поля внутри проводника означает, что потенциал во всех точках внутри проводника постоянен ( = const), т. е. поверхность проводника в электростатическом поле является эквипотенциальной. Следовательно, вектор напряженности поля на внешней поверхности проводника направлен по нормали к каждой точке его поверхности. Если бы это было не так, то под действием касательной составляющей Е заряды начали бы по поверхности проводника перемещаться, что, в свою очередь, противоречило бы равновесному распределению зарядов. Если проводнику сообщить некоторый заряд Q, то нескомпенсированные заряды располагаются только на поверхности проводника. Это следует непосредственно из теоремы Гаусса, согласно которой заряд Q, находящийся внутри проводника в некотором объеме, ограниченном произвольной замкнутой поверхностью, равен
так как во всех точках внутри поверхности D = 0.
Напряженность электростатического поля у поверхности проводника определяется поверхностной плотностью зарядов.
Рисунок 1
Если во внешнее электростатическое поле внести нейтральный проводник, то свободные заряды (электроны, ионы) будут перемещаться: положительные - по полю, отрицательные - против поля (рис. 1, а). На одном конце проводника будет скапливаться избыток положительного заряда, на другом - избыток отрицательного. Эти заряды называются индуцированными. Процесс будет происходить до тех пор, пока напряженность поля внутри проводника не станет равной нулю, а линии напряженности вне проводника - перпендикулярными его поверхности (рис. 1, б). Таким образом, нейтральный проводник, внесенный в электростатическое поле, разрывает часть линий напряженности; они заканчиваются на отрицательных индуцированных зарядах и вновь начинаются на положительных. Индуцированные заряды распределяются на внешней поверхности проводника. Явление перераспределения поверхностных зарядов на проводнике во внешнем электростатическом поле называется электростатической индукцией.
Электроемкость.
Уединенный проводник - проводник, удаленный от других проводников, тел и зарядов.
Электроемкость уединенного проводника - определяется зарядом, сообщение которого проводнику изменяет его потенциал на единицу:
[Ф = Кл/В].
Электроемкость уединенного шара:
,
где - электрическая постоянная; Q - заряд шара; -- диэлектрическая проницаемость среды; R - радиус шара
Емкость Земли приблизительно равна 0,7 мФ.
Емкость проводника зависит от его размеров и формы, но не зависит от материала, агрегатного состояния, формы и размеров полостей внутри проводника. Это связано с тем, что избыточные заряды распределяются на внешней поверхности проводника. Емкость не зависит также ни от заряда проводника, ни от его потенциала.
Электроемкость различных типов конденсаторов
Конденсатор состоит из двух проводников (обкладок), разделенных диэлектриком. На емкость конденсатора не должны оказывать влияния окружающие тела, поэтому проводникам придают такую форму, чтобы поле, создаваемое накапливаемыми зарядами, было сосредоточено в узком зазоре между обкладками конденсатора
Так как поле сосредоточено внутри конденсатора, то линии напряженности начинаются на одной обкладке и кончаются на другой, поэтому свободные заряды, возникающие на разных обкладках, являются равными по модулю разноименными зарядами.
Электроемкость конденсатора - физическая величина, равная отношению заряда Q, накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов между его обкладками:
[Ф]=;
Плоский конденсатор - состоит из двух параллельных металлических пластин проводник заряд электростатический
где S - площадь пластин конденсатора; d - расстояние между ними; -- электрическая постоянная; -- диэлектрическая проницаемость (при наличии диэлектрика между обкладками).
Цилиндрический конденсатор - два соосных цилиндра, заряженных одинаковыми, но разноименными зарядами. Исторически - первый конденсатор "Лейденская банка".
Емкость конденсатора
.
Q - заряд конденсатора; -- разность потенциалов между обкладками, l - длина конденсатора.
Энергия заряженного конденсатора
В положении 1 переключателя конденсатор заряжается, затем переключаем в положение 2 - конденсатор разряжается через лампочку и она вспыхивает.
Энергия заряженного конденсатора W равна работе А источника по зарядке конденсатора.
Введем напряжение: u=.
Из соотношения
A=q(),
для малых приращений заряда запишем
.
Используем: q=Сu, получим:
.
Энергия конденсатора любой конструкции:
.
Энергия электрического поля
Энергия заряженного конденсатора локализована в пространстве между пластинами, так как энергия локализована там, где есть электрическое поле, то есть где E0.
Рассмотрим конденсатор с однородным электрическим полем, плоский конденсатор.
Энергия конденсатора:
его емкость:
где Sd - объем пространства между пластинами;
-
объемная плотность энергии (энергия в единице объема).
;
Данное выражение справедливо только для изотропного диэлектрика.
1) последовательное соединение конденсаторов:
доказать, что
2) параллельное соединение конденсаторов:
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Напряженность и потенциал электростатического поля в проводнике и вблизи него. Экспериментальная проверка распределения заряда на проводнике. Расчет электрической емкости конденсаторов. Энергия заряженного конденсатора и электростатического поля.
презентация [4,3 M], добавлен 13.02.2016Кинематика материальной точки. Законы Ньютона и законы сохранения. Постоянное электрическое поле. Теорема Гаусса. Потенциал - энергетическая характеристика поля. Электроемкость уединенного проводника. Электрическое поле в диэлектрике. Закон Ома.
курс лекций [1021,2 K], добавлен 09.02.2010Изучение электростатического поля системы заряженных тел, расположенных вблизи проводящей плоскости. Определение емкости конденсатора на один метр длины. Описание зависимости потенциала и напряженности в электрическом поле, составление их графиков.
контрольная работа [313,2 K], добавлен 20.08.2015Элементарный электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Напряженность электрического поля. Напряженность поля точечного заряда. Линии напряженности силовые линии. Энергия взаимодействия системы зарядов. Циркуляция напряженности поля.
презентация [1,1 M], добавлен 23.10.2013Понятие и закономерности существования электрического поля, происходящие в нем изменения и процессы. Потенциальная энергия заряда в однородном поле, взаимодействия точечных зарядов. Принцип суперпозиции для потенциалов. Связь напряжения и напряженности.
курсовая работа [549,9 K], добавлен 23.09.2013Теорема о циркуляции вектора. Работа сил электростатического поля. Потенциальная энергия. Разность потенциалов, связь между ними и напряженностью. Силовые линии и эквипотенциальные поверхности. Расчет потенциалов простейших электростатических полей.
презентация [2,4 M], добавлен 13.02.2016Описание теоремы Гаусса как альтернативной формулировки закона Кулона. Расчеты электростатического поля заданной системы зарядов в вакууме и вычисление напряженности поля вокруг заряженного тела согласно данных условий. Сравнительный анализ решений.
контрольная работа [474,5 K], добавлен 23.11.2010Закон сохранения электрического заряда. Взаимодействие электрических зарядов в вакууме, закон Кулона. Сложение электростатических полей, принцип суперпозиции. Электростатическое поле диполя, взаимодействие диполей. Напряженность электростатического поля.
презентация [3,2 M], добавлен 13.02.2016Понятие электрической емкости системы из двух проводников. Конструкции конденсаторов: бумажных, слюдяных, керамических, электролитических, переменной емкости с воздушным или твердым диэлектриком. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов.
презентация [728,9 K], добавлен 27.10.2015Ознакомление с особенностями физического электрического поля. Расчет силы, с которой электрическое поле действует в данной точке на положительный единичный заряд (напряженности в данной точке), а также потенциала, создаваемого системой точечных зарядов.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 04.01.2015Изучение сути закона Кулона - закона взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел или частиц. Электрическое поле и линии его напряженности. Проводники и изоляторы в электрическом поле. Поляризация изоляторов (диэлектриков), помещенных в поле.
контрольная работа [27,3 K], добавлен 20.12.2012Электрический заряд. Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона. Закон сохранения заряда. Електрическое поле. Напряженность электрического поля. Электрическое поле точечного заряда. Принцип суперпозиции полей. Электромагнитная индукция. Магнитный поток.
учебное пособие [72,5 K], добавлен 06.02.2009Расчет напряженности и потенциала электрического поля, создаваемого заряженным телом. Распределение линий напряженности и эквипотенциальных линий вокруг тела. Электрическое поле, принцип суперпозиции. Связь между потенциалом и напряженностью поля.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 26.12.2011Образование электрического тока в металлическом проводнике. Классификация жидкостей по степени электропроводности: диэлектрики, проводники (электролиты) и полупроводники. Определение понятия электролитической диссоциации и описание закона Фарадея.
презентация [413,8 K], добавлен 16.05.2012Напряженность электростатического поля, его потенциал. Постоянный электрический ток. Магнитное поле тока. Явление электромагнитной индукции. Вихревое электрическое поле. Гармонические колебания, электромагнитные волны. Элементы геометрической оптики.
презентация [12,0 M], добавлен 28.06.2015Определение напряжённости поля, создаваемого пластинами. Расчет ускорения, сообщаемого электрическим полем Земли. Нахождение общего заряда батареи конденсаторов и заряда на обкладках каждого из них в заданных случаях. Расчет полезной мощности батареи.
контрольная работа [70,9 K], добавлен 21.04.2011Определение потенциала электростатического поля и напряжения (разности потенциалов). Определение взаимодействия между двумя электрическими зарядами в соответствии с законом Кулона. Электрические конденсаторы и их емкость. Параметры электрического тока.
презентация [1,9 M], добавлен 27.12.2011Электрический заряд и поле. Биофизические основы потенциала покоя. Распространение потенциала действия. Мембранная теория биопотенциалов. Биоэлектрические потенциалы у растений. Круговые токи и законы проведения возбуждения по нервному волокну.
реферат [905,6 K], добавлен 18.03.2012Геомагнитное поле земли. Причины возникновения магнитных аномалий. Направление вектора напряженности земли. Техногенные и антропогенные поля. Распределение магнитного поля вблизи воздушных ЛЭП. Влияние магнитных полей на растительный и животный мир.
курсовая работа [326,4 K], добавлен 19.09.2012Сущность электростатического поля, определение его напряженности и графическое представление. Расчет объемной и линейной плотности электрического заряда. Формулировка теоремы Гаусса. Особенности поляризации диэлектриков. Уравнения Пуассона и Лапласа.
презентация [890,4 K], добавлен 13.08.2013
