Конспект лекций по физике для довузовской подготовки москва -2014

В
.
А
. 
Никитенко
, 
А
.
П
. 
Прунцев
89
поле
существенное
значение
приобретает
его
воздействие
на
связан
-
ные
заряды
, 
имеющиеся
в
атомах
и
молекулах
, 
которые
в
электриче
-
ском
поле
обычно
моделируют
в
форме
диполя
. 
Диполь
– 
это
сово
-
купность
двух
равных
по
модулю
разноименных
точечных
зарядов
q, 
находящихся
на
небольшом
расстоянии
l 
друг
от
друга
, 
которое
на
-
зывается
плечом
диполя
. 
Основной
характеристикой
диполя
является
вектор
электрического
момента
p
= ql
n
, 
где
n
– 
единичный
вектор
, 
направленный
от
отрицательного
к
положительному
заряду
. 
В
поляр
-
ных
молекулах
типа
Н
2
О
диполи
существуют
изначально
. 
Однако
, 
в
отсутствие
внешнего
поля
они
ориентированы
хаотично
и
суммарный
электрический
момент
диэлектрика
равен
нулю
. 
В
неполярных
моле
-
кулах
, 
имеющих
симметричное
строение
(N
2
, H
2
, O
2
и
т
.
д
.), 
электри
-
ческие
моменты
появляются
только
за
счет
действий
внешнего
элек
-
трического
поля
, 
приводящего
к
смещению
друг
относительно
друга
положительных
и
отрицательных
зарядов
. 
Процесс
ориентации
диполей
или
их
появление
под
действи
-
ем
электрического
поля
получил
название
поляризации
 
диэлектрика
. 
В
ионных
кристаллах
типа
NaCl 
поляризация
заключается
в
смеще
-
нии
положительно
и
отрицательно
заряженных
ионных
подрешеток
относительно
друг
друга
. 
6.4. 
Электрическая
 
емкость
. 
Конденсаторы
. 
Энергия
электрического
 
поля
 
Электрической
 
емкостью
(
электроемкостью
) 
уединенного
 
проводника
 
называют
физическую
величину
, 
равную
 
отношению
 
заряда
 
проводника
 
к
 
его
 
потенциалу
С
= 

q
.
(6.14) 
Важно
усвоить
, 
что
электроемкость
не
зависит
от
q 
и

(
чем
больше
q, 
тем
больше

), 
так
как
С
= 
n
n



q
...
q
q
2
2
1
1



. 
Электроемкость
уединенного
проводника
определяется
толь
-
ко
его
формой
и
размерами
, 
а
также
электрическими
свойствами
ок
-

Конспект
лекций
90 
ружающей
диэлектрической
среды
, 
она
измеряется
в
фарадах
(1
Ф
=1
Кл
/1
В
).
Используя
соотношение
(6.10) 
получим
выражение
для
элек
-
троемкости
шара
: 
С
= 
q
R
4
q
0



= 4

0

R
 
. 
(6.15)
 
Емкость
уединенного
проводника
1
Ф
– 
нереальная
величина
, 
такой
емкостью
обладает
проводящий
шар
радиусом
около
9 
миллио
-
нов
километров
. 
На
практике
обычно
используют
: 1
мкФ
=10
-6
Ф
, 
1
пФ
=10
-12
Ф
. 
Из
соотношения
(6.15) 
следует
, 
что

0
измеряется
в
Ф
/
м
. 
Существуют
устройства
, 
способные
накапливать
(
конденси
-
ровать
) 
большие
заряды
, 
они
представляют
собой
систему
двух
близ
-
ко
расположенных
проводников
, 
разделенных
диэлектриком
. 
Эти
устройства
называют
конденсаторами
. 
Проводящие
поверхности
конденсатора
(
обкладки
) 
бывают
плоскими
(
две
близко
расположен
-
ных
пластины
), 
а
также
могут
иметь
форму
коаксиальных
цилиндри
-
ческих
поверхностей
или
концентрических
сфер
. 
На
обкладках
заряженного
плоского
конденсатора
сосредото
-
чены
равные
по
модулю
и
противоположные
по
знаку
заряды
, 
одно
-
родное
электрическое
поле
находится
внутри
конденсатора
. 
Электроемкостью
конденсатора
С
называют
отношение
со
-
общенного
обкладкам
конденсатора
заряда
q 
к
возникающей
на
них
в
результате
этого
разности
потенциалов
 
(

1 
– 

2
): 
С
= 
U
q
q
2
1




, 
(6.16) 
где
U – 
сокращенное
обозначение
разности
потенциалов
. 
Электроемкость
плоского
конденсатора
зависит
от
его
размеров
: 
С
= 
d
S
0


, 
(6.17) 
где
S – 
площадь
обкладки
, d – 
зазор
между
обкладками
. 
Электрическое
поле
обладает
энергией
и
можно
показать
, 
что
в
диэлектрике
с
проницаемостью

плотность
энергии
электрического

В
.
А
. 
Никитенко
, 
А
.
П
. 
Прунцев
91
поля
(
т
.
е
. 
энергии
поля
, 
приходящейся
на
единичный
объем
про
-
странства
) 
определяется
выражением

= 
2
Е
2
0

. 
(6.18) 
Умножив

на
объем
конденсатора
можно
в
конечном
итоге
получить
формулы
, 
определяющие
энергию
заряженного
конденсато
-
ра
W
к
= 
2
CU
2
qU
2C
q
2
2


. 
(6.19) 
Соединение
 
конденсаторов
 
в
 
батареи
1. 
Параллельное
 
соединение
 
конденсаторов
.
При
параллель
-
ном
соединении
конденсаторов
(
рис
. 6.5), 
когда
положительно
заря
-
женные
обкладки
объединяются
в
одну
группу
, 
а
отрицательно
заря
-
женные
– 
в
другую
, 
разность
потенциалов
между
обкладками
на
каж
-
дом
конденсаторе
одинакова
 
(

1 
– 

2
) = U. 
Общий
заряд
конденсаторов
опре
-
деляется
как
q= q
1
+q
2
+...+q
n
= (C
1
+C
2
+...+C
n
)

U . (6.20)
 
Отсюда
с
учетом
(6.16) 
получим
выражение
для
расчета
емкости
батареи
параллельно
соединенных
конденсаторов
: 
С
= 
U
q
= C
1
+C
2
+...+C
n
.
(6.21) 
2. 
Последовательное
 
соединение
 
конденсаторов
. 
При
последовательном
соеди
-
нении
(
рис
. 6.6) 
конденсаторы
соединяются
разноименно
за
-
ряженными
пластинами
. 
В
этом
случае
заряды
на
всех
обкладках
равны
по
модулю
, 
суммарный
заряд
соединенных
обкладок
равен
нулю
. 
Заряды
же
конденсаторов
равны
:
q
1
=q
2
=...=q
n
=q .
(6.22) 
Разность
потенциалов
между
крайними
обкладками
равна
: 
 
 

1
 
 
 
 
 
 
С
1
С
2
...
С
n
 
 
 
 
 
 

2
 
 
 
 
 
 

жүктеу/скачать 1,26 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: