Законы и соотношения электростатики в диэлектрике.

Закон Кулона для зарядов, взаимодействующих в диэлектрической среде: F=q₁q₂/4πε₀εr²

Напряженность электрического поля: E=q/4πε₀εr²

Потенциал электрического поля: φ=Q/4πε₀εr

Теорема Остроградского-Гаусса: ε_d=ε₀ε – абсолютная диэлектрическая проницаемость среды; εβ=1 – относительная.

58) Конденсатор — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления энергии электрического поля. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.

Ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных металлических пластин площадью S каждая, расположенных на расстоянии d друг от друга выражается формулой:

эта формула справедлива, лишь когда d много меньше линейных размеров пластин.

Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею C = C1 + C2 +... + Cn

При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы. Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна

Конденсаторы также характеризуются удельной ёмкостью — отношением ёмкости к объёму (или массе) диэлектрика. Максимальное значение удельной ёмкости достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.

Энергия заряженного плоского конденсатора Wк равна работе A, которая была затрачена при его зарядке, или совершается при его разрядке A = CU²/2 = Q²/2С = QU/2=W

Поскольку напряжение на конденсаторе может быть рассчитано из соотношения:

U = E*d,

где E - напряженность поля между обкладками конденсатора,

d - расстояние между пластинами конденсатора,

то энергия заряженного конденсатора равна:

W = CU²/2 = εε ₀S/2d*E²*d² = εε ₀S*d*E²/2 = ee0V*E2/2,

где V - объем пространства между обкладками конденсатора.

Энергия заряженного конденсатора сосредоточена в его электрическом поле.

59) Электрический ток – направленное упорядоченное движение электрических зарядов.

Упорядочено за счет: 1) действие электрических или кулоновских сил. В результате положительные заряды будут двигаться вдоль линий поля, а отрицательные против; 2) действие сил неэлектрической природы – сторонних сил (магнитных, механических, химических и тд.)

Сила тока – количество электричества, проходящее в 1 единицу времени через поперечное сечение проводника I=lim_Δt-0 Δq/Δt=dq/dt [А].

Если сила тока и его направление с течением времени не меняется, то такой ток – постоянный I=q/t.

Плотность тока – величина, равная отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника i=I/s.

60) Источник тока. Чтобы поддерживать ток нужно устройство, которое должно снабжать проводники положительными и отрицательными зарядами. Такое устройство – источник тока.

Простейшая электрическая схема состоит из источника с полюсами 1 и 2 и соединительного проводника 3, который называется нагрузкой. В источнике тока сторонние силы. Внутри источника разделению и переносу зарядов препятствуют: 1) внутреннее электрическое поле источника, направленное от + к -; 2) внутреннее сопротивление среды источника тока.

Поэтому работа сторонней электроразделительной силы будет иметь вид:

А_стор=А_кул-А_сопр

Где А_кул – работа против сил эл.поля источника.

А=q(q₁-q₂)

А_сопр – работа против силы сопротивления источника тока.

ЭДС источника тока – работа, совершаемая сторонней силой (электроразделительной) внутри источника при перемещении между его полюсами единичного заряда.

ε=А_сопр/q=(φ₁- φ₂)+ А_сопр/q [В]

Если проводник 3 отсутствует, то есть полюса источника тока разомкнуты, в этом случае сторонние силы внутри источника тока не перемещают заряд, а только поддерживают установившееся разделение зарядов.

ε= φ₁- φ₂.

Вывод: эдс равна разности потенциалов между разомкнутыми полюсами источника тока.

Напряжение – разность потенциалов на полюсах источника тока, замкнутого внешней электрической цепью U= ε=А_сопр/q отсюда ε>U всегда!

Дата добавления: 2015-07-18