56) Электрическое поле в диэлектрике.
Вектор напряженности Еп элек трического поля, создаваемого связанными зарядами на поверхности диэлектрика, направлен внутри диэлектрика противоположно вектору напряженности Е0 внешнего электрического поля, вызывающего поляризацию. Напряженность электрического поля Е нутри диэлектрика оказывается равной Е=Еп+Е0 или Е= Е0 - Еп .
Физическая величина, равная отношению модуля напряженности электрического поля в вакууме к модулю напряженности электрического поля в однородном диэлектрике, называется диэлектрической проницаемостью вещества ε=Е0/Е
Физический смысл: диэл.прон.среды показывает во сколько раз уменьшится сила взаимодействия зарядов, находящихся в вакууме, если он заполнится однородным изотропным диэлектриком.
57) Вектор электрической индукции.
Пусть в вакууме создано однородное электрическое поле, напряженностью Е0. Заполним вакуум параллельными слоями различных диэлектриков с относительной диэлектрической проницаемостью ε1, ε2 и т. д. В различных диэлектриках напряженность поля Е1, Е2 и т. д. будут различными, но учитывая, что ε=Е0/Е, получим Е0= ε1Е1+ ε2Е2+ εnЕn=const, отсюда ε0Е0= ε0ε1Е1+ ε0ε2Е2= const.
Обозначим через d величину ε0εЕ d= ε0εЕ – вектор эл.индукции, отсюда
d0=d1+d2+dn=const сумма векторов эл.индукции диэлектриков равна вектору эл.индукции вакуума.
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: εd=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=limΔt-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:
Астор=Акул-Асопр
Где Акул – работа против сил эл.поля источника.
А=q(q1-q2)
Асопр – работа против силы сопротивления источника тока.
ЭДС источника тока – работа, совершаемая сторонней силой (электроразделительной) внутри источника при перемещении между его полюсами единичного заряда.
ε=Асопр/q=(φ1- φ2)+ Асопр/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=Асопр/q отсюда ε>U всегда!