Контрольные вопросы
Какие бывают виды диэлектриков и виды поляризации?
Что такое диэлектрическая проницаемость вещества?
Какими свойствами обладают сегнетоэлектрики?
Что такое домены?
В чем заключается процесс поляризации сегнетоэлектриков?
Как зависит диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков от напряженности электрического поля?
В чем сущность диэлектрического гистерезиса в сегнетоэлектриках?
Что такое остаточная поляризованность?
Что такое коэрцитивная сила?
Литература
И.В. Савельев. Курс общей физики, т. 2, М. “Наука”, 1988 г. §§21-23.
Работа №4. Определение емкости конденсатора
Цель работы: Изучение свойств конденсатора, освоение методов измерения емкости.
Краткая теория
Конденсатором называют систему, состоящую из двух изолированных проводников, пространство между которыми может быть заполнено диэлектриком. Эти проводники называют обкладками конденсатора. В зависимости от геометрии обкладок конденсаторы бывают плоские, цилиндрические или сферические (рис.1).
Рис.1
При зарядке конденсатора на его обкладках появляются равные по модулю и противоположные по знаку заряды. Заряд Q конденсатора (под зарядом конденсатора понимают заряд положительно заряженной его обкладки) оказывается пропорциональным напряжению U, созданному на его обкладках:
Q = CU,
причем коэффициент пропорциональности C не зависит от заряда и напряжения и является, таким образом, характеристикой конденсатора.
Физическую величину C, равную отношению заряда Q конденсатора к напряжению U на его обкладках
(1)
называют электроёмкостью (или просто ёмкостью) конденсатора. Ёмкость конденсатора зависит от формы и размеров его обкладок, расстоянию между ними, а также от диэлектрической проницаемости диэлектрика, заполняющего пространство между обкладками.
В качестве примера рассмотрим плоский конденсатор. Обкладками плоского конденсатора являются две одинаковые плоские проводящие пластины. Пусть S - площадь каждой из пластин, d - расстояние между ними, а E - диэлектрическая проницаемость диэлектрика, заполняющего пространство между пластинами. Будем считать, что расстояние между пластинами много меньше их размеров, т.е.
Предположим, что в результате зарядки конденсатора на его обкладках появились заряды +Q и -Q (рис. 2)
Рис.2
Напряжённость электрического поля, создаваемого бесконечной плоскостью, равномерно заряженной по поверхности (т.к. ):
где
– поверхностная плотность заряда.
Напряженность результирующего поля находится согласно принципу суперпозиции:
Таким образом, для поля внутри конденсатора имеем:
Напряжение (разность потенциалов) на обкладках конденсатора при этом будет равным:
Для ёмкости плоского конденсатора окончательно получаем выражение:
(2)
Отметим, что при выводе формулы ёмкости плоского конденсатора мы считали поле в конденсаторе однородным. Однако однородность поля нарушается вблизи краёв конденсатора. Краевые эффекты вносят некоторую поправку к формуле (2), но её вычислением мы заниматься не будем.
Ёмкость конденсатора можно определить и экспериментально, чему и посвящена настоящая лабораторная работа.