Электроемкость. Конденсаторы

Электрическое поле в проводниках.

Механизмы поляризации диэлектриков.

Поляризацией диэлектрика называет­ся процесс ориентации диполей или по­явления под воздействием электрического поля ориентированных по полю диполей.

Соответственно трем группам диэлек­триков различают три вида поляризации:

электронная, или деформационная, по­ляризация диэлектрика с неполярными молекулами, заключающаяся в возникно­вении у атомов индуцированного дипольного момента за счет деформации элек­тронных орбит;

ориентационная, или дипольная, поля­ризация диэлектрика с полярными молеку­лами, заключающаяся в ориентации име­ющихся дипольных моментов молекул по полю. Естественно, что тепловое движение препятствует полной ориентации молекул, но в результате совместного действия обо­их факторов (электрическое поле и тепло­вое движение) возникает преимуществен­ная ориентация дипольных моментов мо­лекул по полю. Эта ориентация тем сильнее, чем больше напряженность элек­трического поля и ниже температура;

ионная поляризация диэлектриков с ионными кристаллическими решетками, заключающаяся в смещении подрешетки положительных ионов вдоль поля, а отри­цательных — против поля, приводящем к возникновению дипольных моментов.

Проводниками наз. вещ-ва внутри кот. всегда имеются заряды, способные легко перемещаться на бол. расстояния вне зависимости от того заряжены проводники или нет. Хорошими проводниками явл. Ме. Также хорошими проводниками явл. растворы или расплавы электролитов. Напряженность поля внутри проводника в условии электростатики всегда=0. Внутри проводника и на его поверхности потенциал всегда постоянен, т.е. поверхность эквипотенциальная. При внесении проводника на поверхность поля напряженность отсутствует, это сохраняется даже если внутри проводника есть полость. Такое св-во проводников используется для защиты чувствит к слабым электрич полям элементов схем при помощи электростатич экранов. Они представ собой металич сплошную или или сетчатую оболочку, в кот помещ элементы. Нежелательные внеш поля, возник. от линий электропередач, природных явлений, внутрь такой охраны не проникают. Напряженность поля вблизи пов-ти проводника можно найти по т. Гауса с учетом отсутствия напряж. проводника. E = σ/ε∙ε₀

Электрической емкостью уединенного проводника наз. отношение его заряда к потенциалу:

C=q/φ [Ф](Фарад)

φ = q/4πεε₀R (для шара в вакууме), C = 4πεε₀R

Ёмкостью уединенного проводника оказ-ся зависящей от его размеров и даже для гигантских тел явл. малым. Земной радиус = 6,37∙10⁶ м, С = 708мФ

Использование уединенного проводника в качестве накопителя зарядов неудобно. Применяют конденсатор – сис-ма из двух проводников, разделенных диэлектриком.

В этом случае проводник – обкладки. Емкость конденсатора – отношение его заряда к разности потенциалов между обкладками. C = q/(φ₂ – φ₁) = q/U; φ₂ – φ₁ = U

Здесь выражение φ₂ – φ₁ = U – напряжение на конденсаторе. За заряд конденсатора принимается заряд его положит заряженной пластины.

Конденсаторы по назначению и исполнению подразделяются:1)геометрич. пластин – плоские, цилиндрич., сферические; 2)тип диэлектрика – бумажный, керамический, воздушный, жидкостный; 3)рабочее напряжение (низко-, высоковольтные); 4)частотные параметры; 5)полярные и неполярные; 6)постоянная и переменная емкость; 7)величина потерь; 8)климатическое исполнение.

Емкость плоского конденсатора: C = Sεε₀ /d, где d – расстояние между пластинами; S – их площадь; ε – относительная проницаемость диэлектрика.

Для цилиндрического конденсатора, представ. двумя коаксиальными цилиндрами с радиусами R₁ и R₂ и длиной l: U=λ∙ln (R₂ /R₁)/2πεε₀, C = 2πεε₀l / ln (R₂ /R₁)

Для сферического конденсатора, где R₁ и R₂ радиусы внутр и внеш сфер соответственно:

U = q / 4 πεε₀ ∙ (1 / R₁ – 1 / R₂); C = 4πεε₀ ∙ (R₁R₂ / R₂ – R₁)

Дата добавления: 2014-01-05