Электрическая емкость. Энергия электрического поля

Вектор электрической индукции

Напряженность электрического поля зависит от диэлектрических свойств среды. Это затрудняет расчет, и анализ электрических полей. Для исключения этого неудобства введен вектор электрической индукции, выражаемый через напряженность поля

. (18)

Электрическая индукция постоянна во всех диэлектриках.

Электрической емкостью обладают все вещества. Она характеризует их способность накапливать электрический заряд, и определяется отношением величины заряда тела к его потенциалу

. (19)

Измеряется емкость в фарадах (Ф). Это большая величина, поэтому применяются дольные единицы мкФ, нФ, пФ.

Электрическая емкость зависит от формы, размеров, расположения проводников (или других материалов) и электрических свойств среды, где они находятся.

Так емкость уединенного шара равна

. (20)

В вакууме С = 4πε₀r. Емкость в 1Ф обладает шар, радиус которого примерно в 1000 раз больше радиуса Земли (6400км).

Система с однородным полем – плоский конденсатор (две параллельные платины, разделенные диэлектриком) имеет емкость

. (21)

Электрическое поле обладает энергией.

Действительно емкость плоского конденсатора равна отношению

; .

Так как , то

;

Отсюда

.

Работа равна изменению энергии, поэтому

. (22)

Или, учитывая что ,

Имеем также

. (23)

Конденсаторы обладают значительной емкостью. Они могут соединяться в батареи параллельно или последовательно (рис.54).

Рисунок 54

При параллельном соединении общая емкость равна сумме емкостей всех конденсаторов. Напряжение на них одинаково, а заряды разные.

При последовательном соединении величина обратная общей емкости равна сумме обратных величин емкости каждого конденсатора. Заряд на всех конденсаторах одинаков, а напряжение разное.

Статическое электрическое поле часто встречается как в быту, так и в производстве. Иногда оно приводит к производственным катастрофам – взрывы газопроводов и нефтепроводов в результате статических разрядов. Источниками постоянного электрического поля являются высоковольтные линии электропередач постоянного тока, контактная электризация различных тел, грозовые облака, некоторые технологические процессы.

Вопросы для самоконтроля

1. Элементарный электрический заряд и единица его измерения.

2. Каково значение и размерность электрической постоянной?

3. Что называется напряженностью и потенциалом электрического поля?

4. Что называется потоком вектора напряженности электрического поля?

5. Каким образом могут быть определены напряженность и потенциал поля в любой точке пространства, образованного точечным зарядом?

6. Каков физический смысл относительной диэлектрической проницаемости?

7. В чем сущность теоремы Ирншоу?

8. В чем отличие распределения электрического поля в проводниках и диэлектриках?

9. Каким образом связаны вектор электрической индукции и вектор напряженности электрического поля?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Дата добавления: 2014-01-04