1.7.2 Електричне поле в провідниках. Електростатичні екрани

Електричне поле в провідниках внаслідок руху вільних зарядів перерозподіляється таким чином, що всередині поле відсутнє і замкнутий провідник служить екраном.

Екрани застосовуються для захисту мікросхем від зовнішніх впливів, в радіоприймачах, комп’ютерах, телевізорах.

Потенціал всіх точок провідника, що знаходиться в електростатичному полі, – однаковий.

1.7.3 Ємність провідника. Конденсатори. Паралельне та послідовне сполучення конденсаторів

Потенціал  пов’язаний із зарядом провідника

тобто певному наданому заряду відповідає певний потенціал провідника. Коефіцієнт пропорційності

С – ємність відокремленого провідника.

Ємність – це фізична величина, яка дорівнює відношенню заряду, що знаходиться на провіднику до його потенціалу. Ємність також чисельно рівна заряду, який треба надати провіднику, щоб змінити його потенціал на одиницю.

[C]=1 Ф=1 В/Кл

1 пФ=10^-12 Ф, 1 нФ=10^-9 Ф, 1 мкФ=10^-6 Ф.

Ємність ізольованих провідників залежить від їх геометричних розмірів та форми провідників.

Конденсатор – це система, що складається з двох ізольованих провідників, між якими як правило, знаходиться діелектрик, причому поле зосереджене між провідниками.

де ₁ і ₂ – потенціали відповідно 1 і 2 пластини.

Пластини конденсатора заряджені різнойменно.

Для плоского конденсатора:

,

Конденсатори застосовують для двох основних типів задач.

1. накопичення енергії;

2. як елементи фільтрів електронних схем.

Послідовне включення:

Паралельне включення:

1.7.4 Енергія конденсатора. Густина енергії електростатичного поля. Відмінність електростатичного поля від інших електричних полів

Відомо, що

При наданні провіднику з потенціалом  заряда величиною dq виконується робота:

,

W_e – енергія конденсатора при виконанні роботи А по зарядці конденсатора.

Після підстановки отримаємо

.

Величина U – напруга. Для електростатичного поля, коли відсутні сторонні сили:

.

При розв’язку задач зустрічаютьсяся такі записи енергії конденсатора:

; ;

Зробимо перетворення, щоб виразити енергію зарядженого конденсатора через величини, що характеризують поле між його обкладками

,

V – об’єм, що зайнятий полем в зазорі між обкладками конденсатора (V=Sd).

За визначенням - об’ємна густина енергії електростатичного поля. Звідси . Але , значить , D – вектор електростатичної індукції (вектор зміщення).

В електростатиці неможливо розділити заряди і електричне поле і визначити можливість існування електричного поля самого по собі, окремо від зарядів.

В більш загальному випадку – змінного електромагнітного поля, - можна говорити про існування такого поля, незалежно від зарядів, що його породжують. При цьому виявляється нероздільність електричної і магнітної складової такого єдиного електромагнітного поля.

Після заміни D її значенням , можна записати:

.

Перший доданок співпадає з густиною енергії поля напруженістю Е у вакуумі.

Другий – це енергія, що витрачається на поляризацію одиниці об’єму діелектрика.