Електроємність. Конденсатор. Енергія електричного поля.
Електроємністю провідника С називають величину, що дорівнює відношенню заряду q, наданого провіднику до його потенціалу :
[C] = Кл/В=Ф
Одиниця електричної ємності – фарад
Система з двох провідників розділених шаром діелектрика, товщина якого мала порівняно з розмірами провідників, називається конденсатором. Конденсатор бувають плоскі, циліндричні, сферичні.
Електроємність плоского конденсатора:
S - площа пластини, d - відстань між пластинами, ε - діелектрична проникність діелектрика, ε0 – електрична стала.
Ємність конденсатора з п пластин:
Конденсатори з’єднують у батареї паралельно або послідовно.
Паралельне з’єднання:
При паралельному з'єднанні падіння напруги між двома вузлами, що поєднують елементи кола, однакове для всіх елементів. При цьому величина, зворотня загальному опору кола, дорівнює сумі величин, обернених опорам паралельно включених провідників.
Сила струму в нерозгалуженій частині кола дорівнює сумі сил струмів в окремих паралельно з'єднаних провідниках:
Напруга на ділянках кола і на кінцях всіх паралельно з'єднаних провідників одна й та ж:
Опір ділянки визначається із рівняння і є сумою провідностей
Напруги на всіх конденсаторах однакові:
U1=U2=…=Un
q = q 1+ q2 + … + qn
Тоді Спар = С1+С2+…+Сn
Послідовне з’єднання:
При послідовному з'єднанні провідників сила струму в будь-яких частинах кола одна й та ж:
Повна напруга в колі при послідовному з'єднанні, або напруга на полюсах джерела струму, дорівнює сумі напруг на окремих ділянках кола:
Загальний опір усієї ланки кола дорівнює сумі опорів
.
Заряди усіх конденсаторів при послідовному їх з’єднанні однакові.
Потенціальна енергія зарядженого конденсатора:
Для плоского конденсатора:
Густина енергії електричного поля:
Електричне поле викликає переміщення вільних зарядів і може виконувати роботу, роботу електричного поля можна розрахувати за формулою: A=qU
Робота в електричному полі:
Не залежить від форми траєкторії
Вздовж замкнутого контору дорівнює нулю
Вплив електричного поля на живі організми
Електричне поле оточує людину як за природних умов, так і у промисловому та побутовому середовищі. Як правило, його розглядають у комплексі з магнітним полем як єдине електромагнітне поле, хоча щодо доцільності такого підходу існують різні точки зору. Найчастіше людина має справу з полем частотою 50 Гц, яка прийнята як промислова частота (у США – 60 Гц).
Щодо впливу на людину електромагнітного поля промислової частоти, саме електричне поле розглядається як таке, яке може становити небезпеку. Магнітне поле, проте, за даними останніх досліджень, також «під підозрою» - йому приписується сприяння виникненню таких захворювань, як рак, лейкемія тощо. Електричне поле може згубно діяти на нервову систему, серцево-судинну систему, на протікання вагітності, змінювати склад крові, впливати на вироблення гормонів тощо. Вплив ЕМП залежить від його частоти, напруженості та інтенсивності, тривалості його впливу на організм.
Людина піддається впливові ЕМП не лише у випадку, якщо працює з його джерелами. Було досліджено негативний вплив на людину ЕМП від ліній електропередач, електротехнічного устаткування будівлі. Прилади, які сьогодні широко використовуються у побуті, мають свою небезпечну відстань випромінювання, ближче якої перебувати шкідливо при використанні цих приладів. Проте не завжди ЕМП є найбільш негативним чинником при їх використанні, що добре видно на прикладі аналізу симптоматики користувачів ПК. Також варто зазначити, що в цій сфері є ще багато непізнаного: це стосується зокрема впливу стільникових телефонів на людину, а також магнітного поля і його впливу (адже курурудза, покладена поміж телефонів, що одночасно дзвонять, перетворюється в поп-корн; а у людей, навколо жител яких індукція магнітного поля вище 0.3 мкТл, пухлини нервової системи та лейкози зустрічаються у 2 рази частіше).