Проводники в электрическом поле

Поместим металлическое тело между двух заряженных пластин, при этом напряжённость поля между пластин до внесения тела была Е₁. Это поле для металлического тела будет внешним.

В металлическом теле под действием внешнего электрического поля с напряжённостью Е₁ свободные электроны перемещаются к одной поверхности (левой), которая получает отрицательный заряд, соответственно правая поверхность зарядится положительно (заряды в кружках). Такое явление смещения зарядов в проводнике под действием внешнего поля называется электростатической индукцией. В результате разделения зарядов в проводнике (металлическом теле) создаётся внутреннее электрическое поле с напряжённостью Е₂, направленное противоположно внешнему. Через короткое время разделение зарядов прекратится, этот момент наступит при Е₂ = Е₁, т.е. внутреннее поле уравновесит внешнее и внутри проводника электрического поля не будет. Если в электрическое поле поместить металлическое тело с полостью внутри, т.е. полое тело, то и в этом случае внутри тела поля не будет. Это свойство проводников используется в радиоаппаратуре (РА) для электростатического экранирования, т.е. для защиты какого-либо устройства от действия внешнего поля. Защищаемый объект помещается в металлическую коробку или сетку с небольшими отверстиями.

Электрическая ёмкость.

Электрическая ёмкость любого тела есть величина, характеризующая способность тела накапливать электрический заряд. При этом если заряд проводника увеличивать то повышается и его потенциал. Эта связь описывается формулой Q = С·φ, где Q- заряд в кулонах, φ- потенциал в вольтах, С- электрическая ёмкость в фарадах. (Кулон, Вольта, Фарадей - учёные, именами которых названы эти величины). Откуда

,

т.о. электрическая ёмкость определяет величину заряда, который надо сообщить проводнику, для увеличения его потенциала на один вольт. В системе СИ за единицу электрической ёмкости принят фарад , т.е. фарад это кулон делённый на вольт.

Это очень большая величина, поэтому на практике применят микрофарад и пикофарад:

1мкФ=10^-6 Ф, 1пкФ=10^-12Ф, 1Ф=10⁶ мкФ=10¹²пкФ

На практике применяется система из двух изолированных друг от друга электропроводных тел, которые называются обкладками, а само устройство называется электрический конденсатор или электрическая ёмкость. В РА применяют электрические конденсаторы различной ёмкости, от нескольких пикофарад до сотен микрофарад. Кроме этого существуют естественные конденсаторы, например две жилы кабеля, выводы радиодеталей и другие. Ёмкость конденсатора определяется зарядом, который нужно сообщить одному из проводников для того чтобы напряжение между обкладками изменилось на 1 вольт.

Плоский конденсатор состоит из двух пластин, между которыми, находится диэлектрик,

Ёмкость такого конденсатора

, где С-ёмкость, ξ_а- абсолютная диэлектрическая проницаемость вещества диэлектрика, S- площадь одной из пластин, d- расстояние между пластинами.

В качестве диэлектрика применяется слюда, керамика бумага, специальные плёнки.

Чтобы зарядить конденсатор, его надо подключить к источнику электрической энергии. При этом в процессе заряда конденсатора происходит поляризация (поворот) молекул диэлектрика, создаётся электрическое поле между пластинами и в электрическом поле накапливается электрическая энергия. Её величина вычисляется по формуле

,

где W- энергия в джоулях, U- напряжение между пластинами в вольтах, С- ёмкость в фарадах.

На каждом конденсаторе кроме величины ёмкости указывается напряжение, на которое рассчитан диэлектрик конденсатора, если это напряжение будет превышено, произойдёт пробой (разрушение) изоляции, конденсатор выйдет из строя и потребуется его замена. Кроме этого при пробое конденсатора могут выйти из строя и другие радиодетали входящие в электрическую схему.