11.Конденсатор, электроемкость.Конденсатор, заполненный диэлектриком.
Для накопления значительных количеств разноименных электрических зарядов применяются конденсаторы. Конденсатор — это система двух проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Так, например, две плоские металлические пластины, расположенные параллельно и разделенные диэлектриком, образуют плоский конденсатор. Если пластинам плоского конденсатора сообщить равные по модулю заряды противоположного знака, то напряженность между пластинами будет в два раза больше, чем напряженность одной пластины. Вне пластин напряженность равна нулю. Электроемкостью конденсатора называют величину, равную отношению величины заряда одной из пластин к напряжению между ними. Электроемкость обозначается С. По определению С = q/U. Единицей электроемкости является фарад (Ф). Конденсаторы применяются для накопления электроэнергии и использования ее при быстром разряде (фотовспышка), для разделения цепей постоянного и переменного тока, в выпрямителях, колебательных контурах и других радиоэлектронных устройствах.
12.Энергия заряженного конденсатора
Если на обкладках конденсатора электроемкостью С находятся электрические заряды +q и -q, то напряжение между обкладками конденсатора равно U=q/C. В процессе разрядки конденсатора напряжение между его обкладками убывает прямо пропорционально заряду q от первоначального значения U до 0.
Среднее значение напряжения в процессе разрядки равно Uср=q/2C. Для работы А, совершаемой электрическим полем при разрядке конденсатора, будем иметь: A=CU2/2. Следовательно, потенциальная энергия Wp конденсатора электроемкостью С, заряженного до напряжения U, равна Wp=A=q2/2C=qU/2.
Энергия конденсатора обусловлена тем, что электрическое поле между его обкладками обладает энергией. Напряженность Е поля пропорциональна напряжению U, поэтому энергия электрического поля пропорциональна квадрату его напряженности.
Сегнето- и пьезоэлектрики.
ПЬЕЗОЭЛЕКТРИКИ - вещества, в к-рых при определённых упругих деформациях (напряжениях) возникает электрич. поляризация даже в отсутствие элек-трич. поля (прямой пьезоэффект). Следствием прямого пьезоэффекта является обратный пьезоэффект - появление механич. деформаций под действием электрич. поля. Проявления прямого и обратного пьезоэффектов могут быть различными, первый может выражаться, напр., в появлении при деформации электрич. поля в отсутствие поляризации, второй - в возникновении при наложении электрич. поля упругих напряжений в отсутствие деформаций. В общем виде речь идёт о линейной связи между механич. и электрич. переменными (первые -деформация и, напряжение s; вторые - поляризация Р, электрич. поле Е, электрич. индукция D; см. Диэлектрики), Первое подробное исследование пьезоэффектов проведено Ж. и П. Кюри (J. et P. Curie) (1880) на кристалле кварца. В дальнейшем пьезоэлектрич. свойства были обнаружены более чем у 1500 веществ.
СЕГНЕТОЭЛЕКТРИКИ - кристаллич. диэлектрики, обладающие в определённом интервале темп-р спонтанной (самопроизвольной) поляризацией, к-рая существенно изменяется под влиянием внеш. воздействий. Сегнетоэлектрич. св-ва были впервые обнаружены у кристаллов сегнетовой соли в 1920, затем у дигидрофосфата калия. Известно неск. сотен С. Наличие спонтанной поляризации, т. е. электрич. дипольного момента P в отсутствии электрич. поля, явл. отличительной особенностью более широкого класса в-в — пироэлектриков.
14. Электрический ток в проводниках. Упорядоченное движение заряженных частиц называется электрическим током. Ток может возникать в различных средах (газе, жидкости, твердом теле) при условии, что в среде существуют подвижные носители заряда, которые могут двигаться под действием приложенного внешнего поля. За направление тока условно принимают направление движения положительных зарядов. Если ток обусловлен движением отрицательно заряженных частиц (электроны в проводнике), то направление тока противоположно направлению реальной скорости движения частиц.
По определению силой тока называют отношение количества заряда Dq, перенесенного через поперечное сечение проводника за интервал времени Dt, к самой величине этого интервала: I=∆q/∆t. Сила тока - скалярная величина, которая может принимать как положительные, так и отрицательные значения в зависимости от произвольного выбора положительного направления вдоль проводника. В СИ ампер (А).
Электронная проводимость металлов. Носителями свободных зарядов в металлах являются электроны. Эти электроны участвуют в беспорядочном тепловом движении. Под действием электрического поля они начинают упорядоченно перемещаться. Полупроводники. Наиболее отчетливо полупроводники отличаются от проводников характеров зависимости электропроводимости от температуры. Измерения показывают, что у ряда элементов (кремний, германий, селен) и соединений удельное сопротивление с увеличением температуры не растет, как у металлов, а, наоборот, чрезвычайно резко уменьшается. Такие вещества и называют полупроводниками. Направление электрического тока определяется вектором плотности тока j, который направлен вдоль вектора напряженности электрического поля и численно равен отношению силы тока dI сквозь малый элемент поверхности dS, нормальный к направлению движения заряженных частиц, к величине площади этого элементаj= dI/dS.
15. Электродвижущая сила (ЭДС) — Работа, совершаемая сторонними силами внутри источника при перемещении между его полюсами единичного заряда E=A/q. Ε=(Интеграл для замкнутой цепи)Edl. Электродвижущая сила (ЭДС) так же, как и напряжение, измеряется в вольтах. ЭДС удельная работа сторонних сил не во всем контуре, а только на данном участке. ЭДС гальванического элемента есть работа сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому. Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории. Так, например, работа сторонних сил при перемещении заряда между клеммами тока вне самого источника равна нулю.