2. Электрическая емкость. Конденсатор. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов. Емкость плоского конденсатора. Энергия заряженного конденсатора.
Рассмотрим сферический проводник радиусом r. Пусть он находится очень далеко от других тел, так что его размеры во много раз меньше расстояний до этих тел. Такой проводник называется уединенным. При сообщении шару заряда q в окружающем пространстве возникнет электрическое поле. потенциал шара изменится и станет равным ϕ. Тогда отношение заряда шара к его потенциалу
=
не зависит от заряда и определяется лишь радиусом шара и диэлектрической проницаемостью ℰ окружающей среды. Однако не только для шара, но и для проводника произвольной формы потенциал прямо пропорционален заряду. Поэтому отношение заряда проводника к его потенциалу не зависит от значения заряда и определяется лишь геометрическими размерами проводника, его формой и электрическими свойствами окружающей среды (диэлектрической проницаемостью ℰ). Электрической емкостью C проводника называется отношение заряда q проводника к его потенциалу ϕ:
C =
Емкость выражается через отношение заряда к потенциалу, но не зависит ни от того, ни от другого. Также емкость не зависит от материала проводника. В СИ единицей емкости является фарад. Емкостью в 1 Ф обладает такой проводник, у которого потенциал возрастает на 1 В при сообщении ему заряда в 1 Кл.
Конденсатор представляет собой два проводника, разделенные слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Проводники в этом случаи называют обкладками конденсатора. Простейший плоский конденсатор состоит из двух одинаковых параллельных пластин, находящихся на малом расстоянии друг от друга. Если заряды пластин одинаковы по модулю и противоположны по знаку, то почти все электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора. Линии напряженности начинаются на положительно заряженной обкладке конденсатора и оканчиваются на отрицательно заряженной. Под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение заряда одной из обкладок. Электроемкостью конденсатора называют отношение заряда одного из проводников к разности потенциалов между этим проводником и соседним:
C
=
Электроемкость плоского конденсатора. Обозначим площадь каждой его пластины S, а расстояние между пластинами d. Это разность потенциалов U через заряд q. Эта разность потенциалов определяется напряженностью поля E, которая зависит от зарядов обкладок конденсатора. Модуль результирующей напряженности между обкладками конденсатора равен:
E
= 2E1
= k
так как k
=
и σ =
:
E
=
U
= Ed =
C
=
Мы видим, что электроемкость конденсатора зависит от геометрических факторов, но не зависит от материала проводников.
Энергия заряженного
конденсатора. Напряженность поля,
созданного зарядом одной из пластин,
равно
,
где E
- напряженность поля в конденсаторе. В
однородном поле одной пластины находится
заряд q, распределенный
по поверхности другой пластины. Энергия
заряда в однородном электрическом поле
энергия конденсатора равна:
Wp = q d , где q - заряд конденсатора, а d - расстояние между пластинами.
Так как Ed = U, где U - разность потенциалов между обкладками конденсатора, то его энергия равна:
Wp
=
=
=
Эти формулы справедливы и для произвольного конденсатора.
_____________________________________________________________________________________________
Билет №6.
1. Количество теплоты. Удельная теплота плавления и отвердевания. Удельная теплота парообразования и конденсации. Уравнение теплового баланса.
2. Электрический ток в полупроводниках. Зависимость удельного сопротивления полупроводников от температуры. Собственная и примесная проводимость полупроводников. P-n переход и его применение.
3. Задача на параллельное и последовательное соединение конденсаторов.
4. Задача на тепловое расширение твердых и жидких тел.
_____________________________________________________________________________________________
1. Количество теплоты. Удельная теплота плавления и отвердевания. Удельная теплота парообразования и конденсации. Уравнение теплового баланса.
Количество теплоты. Процесс передачи энергии от одного тела к другому без совершения работы называют теплообменом или теплопередачей. Количественную меру изменения внутренней энергии при теплообмене называют количеством теплоты. Из курса физики известно, что для нагревания тела массой m необходимо передать ему количество теплоты:
Q = cmΔt, где Δt - это разность конечной и начальной температуры тела.
Коэффициент c называют удельной теплоемкость. Удельная теплоемкость - это количество теплоты, которое получает или отдает тело массой 1 кг при изменении его температуры на 1 К. Удельная теплоемкость зависит не только от свойств вещества, но и от того, при каком процессе осуществляется теплопередача. Если нагревать газ при постоянном давлении, то он будет расширяться и совершать работу. Для нагревания газа на 1˚С при постоянном давлении ему нужно передать большее количество теплоты, чем для нагревания его при постоянном объеме.
Удельная теплота плавления. Количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг кристаллического вещества при температуре плавления в жидкость той же температуры, называют удельной теплотой плавления λ. Для того чтобы расплавить кристаллическое тело массой m, необходимо количество теплоты, равное:
Qпл = λm
Количество теплоты, выделяемое при кристаллизации тела, равно:
Qкр = -λm
Удельная теплота парообразования и конденсации. Количество теплоты, необходимое для превращения при постоянной температуре 1 кг жидкости в пар, называют удельной теплотой парообразования, обозначается буквой L. Для превращения жидкости массой m пар требуется количество теплоты, равное:
Qп = Lm
При конденсации пара происходит выделение такого же количества теплоты:
Qк = -Lm
Уравнение теплового баланса. Если тела образуют замкнутую систему и между ними происходит только теплообмен, то алгебраическая сумма полученных Qп и отданных Q0 энергий равна нулю:
Qп + Qо = 0
Полученная Qn и отданная Q0 теплоты численно равны, но Qn берется со знаком плюс, а Q0 - со знаком минус.