25. Электроемкость проводника. Конденсатор, его электроемкость

В сильном электрическом поле (при большом напряжении) диэлектрик становится проводящим. Чем меньше увеличивается напряжение между проводниками, тем больший заряд можно на них накопить.

Физическую величину, характеризующую способность двух проводников накапливать электрический заряд, называют электроемкостью.

Отношение заряда q одного из проводников к разности потенциалов между этим проводником и соседним не зависит от заряда. Оно определяется геометрическими размерами проводников, их формой и взаимным расположением, а также электрическими св-вами окр. среды.

- электроемкость, где q-заряд, U-разность потенциалов

Чем меньше напряжение, тем больше электроемкость проводников.

Электроемкость двух проводников = 1, если при сообщении им зарядов + 1 Кл и – 1Кл между ними возникает разность потенциалов 1В. Эту единицу называют фарад (Ф);

1Ф = 1 Кл / В.

Напряженность:

, где q – заряд пластины, S – площадь пластины, Е – напряженность.

КОНДЕНСАТОРЫ

Конденсатор электрический, система из двух или более электродов (обкладок), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок; такая система электродов обладает взаимной электрической ёмкостью. Конденсатор в виде готового изделия применяется в электрических цепях там, где необходима сосредоточенная ёмкость. Диэлектриком в Конденсаторе служат газы, жидкости и твёрдые электроизоляционные вещества, а также полупроводники. Обкладками с газообразным и жидким диэлектриком служит система металлических пластин с постоянным зазором между ними

~; U = Ed;

где e0 — диэлектрическая проницаемость вакуума, e0 = 8,85×10-12 Ф . м-1;

e — относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика (e ³1), S — площадь плоской обкладки в мм2,d – расстояние между пластинами, Е – напряженность.

, где

С – емкость конденсатора с диэлектриком

Со – емкость конденсатора без диэлектрика

26. Ток проводимости в металлах, его характеристики

Рассмотрим некоторые положения классической электронной теории проводимости металлов:

Металлический проводник состоит из:

1) положительно заряженных ионов, колеблющихся около положения равновесия, и

2) свободных электронов, способных перемещаться по всему объему проводника.

Экспериментальное доказательство того, что ток в металлах создается свободными электронами, было дано в опытах Л.И. Мандельштама и Н. Д. Папалекси, а также Т. Стюарта и Р. Толмена. Они обнаружили, что при резкой остановке быстро вращающейся катушки в проводнике катушки возникает электр. ток, создаваемый отрицательно заряженными частицами — электронами.

Электр. ток в металлах — это направленное движением свободных электронов, а именно электр. ток в метал-их проводниках предст-ет собой упорядоченное движение свободных электронов, под действием электр. поля

Т.к. электр. ток в металлах образуют свободные электроны, то проводимость металлических проводников называется электронной проводимостью.

Электрический ток в металлах возникает под действием внешнего электрического поля. На электроны проводимости, находящиеся в этом поле, действует электрическая сила, сообщающая им ускорение, направленное в сторону, противоположную вектору напряженности поля. В результате электроны приобретают некоторую добавочную скорость (ее называют дрейфовой). Средняя скорость дрейфа электронов очень мала, около 10–4 м/с.

Скорость распространения тока и скорость дрейфа не одно и то же. Скорость распространения тока равна скорости распространения электрического поля в пространстве, т.е. 3⋅108 м/с.

При столкновении с ионами электроны проводимости передают часть кинетической энергии ионам, что приводит к увеличению энергии движения ионов кристаллической решетки, а, следовательно, и к нагреванию проводника.

Так как при прохождении тока атомы, а, следовательно, и связанные с ними положительные заряды не перемещаются по проводнику, то переносчиками электричества в металле следует считать свободные электроны.

При постановке этих опытов исходили из следующей мысли. Если в металле есть свободные заряды, обладающие массой, то они должны подчиняться закону инерции

Когда говорят о скорости распространения электрического тока в проводнике, то имеют в виду скорость распространения по проводнику электрического поля.

СВЕРХПРОВОДИМОСТЬ – это состояние, в которое при низкой температуре переходят некоторые твердые электропроводящие вещества.

Трудности классической теории электропроводности:

Из теории следует: фактически сопротивление пропорционально температуре

нет разделения на металлы, полупроводники и диэлектрики

теплоемкость для металлов должна иметь электронную и решеточную составляющие, а диэлектрик только решеточную составляющую

Недостатки указывают на то, что классическая электронная теория, представляя электрон как материальную точку, подчиняющуюся законам классической механики, не учитывала некоторых специфических свойств самого электрона, которые еще не были известны к началу XX века. Эти свойства были установлены позднее при изучении строения атома.

Опыт показывает, что при не слишком высоких и не слишком низких температурах зависимости удельного сопротивления от температуры выражается линейной функцией: где ρ0, ρt — удельные сопротивления вещества проводника соответственно при 0°С и t°C, α — температурный коэффициент сопротивления: измеряемый в СИ в Кельвинах в минус первой степени (К-1).

Температурный коэффициент сопротивления вещества — это величина, численно равная относительному изменению удельного сопротивления проводника при его нагревании на 1 К:

Для всех металлических проводников α > 0 и слабо изменяется с изменением температуры.