1.8. Соединение конденсаторов. Энергия электрического поля

На практике нужную емкость получают, прибегая к различным способам соединения стандартных конденсаторов.

Параллельное соединение. При параллельном соединении конденсаторов потенциал пластин, соединенных с положительным полюсом источника, одинаков и равен потенциалу этого полюса (рис.1.10).

Соответственно потенциал пластин, соединенных с отрицательным полюсом, равен потенциалу этого полюса. Следовательно, напряжение, приложенное к конденсаторам, одинаково.

Общий заряд Q_общ=Q₁+Q₂+Q₃. Так как согласно (1.9) Q=СU то Q_общ=С_общU; Q₁=С₁U; Q₂=С₂U; Q₃=С₃U и С_общU= С₁U+ С₂U+ С₃U= U(С₁+ С₂+ С₃);

Таким образом, общая или эквивалентная емкость при параллельном соединении отдельных конденсаторов равна:

С_общ=С₁+ С₂+ С₃; (1.11)

При параллельном соединении одинаковых конденсаторов общая емкость равна

С_общ=nС; (1.12)

Рис 1.10 Параллельное соединение конденсаторов

Рис 1.11 Последовательное соединение конденсаторов

Последовательное соединение. При последовательном соединении конденсаторов (рис.1.11) на пластинах будут отрицательные заряды. На внешние электроды заряды поступают от источника питания. На внутренних электродах конденсаторов С₁ и С₃ удерживается такой же заряд, как и на внешних. Но поскольку заряды на внутренних электродах получены за счет разделения зарядов с помощью электростатической индукции, заряд конденсатора С₂ имеет такое же значение.

Найдем общую емкость для этого случая.

Так как U = U₁+U₂+U₃ где U =Q/ С_общ; U₁ = Q/C₁; U₂ = Q/C2; U₃ = Q/C₃;

то Q/ С_общ= Q/C₁ + Q/C₂ + Q/C₃ сократив на Q получим

; (1.13)

При последовательном соединении двух конденсаторов, используя (1.13) найдем:

; (1.14)

При последовательном соединении n одинаковых конденсаторов емкостью С на основании (1.13) общая емкость равна:

С_общ=С/n; (1.15)

При заряде конденсатора от источника питания энергия этого источника преобразуется в энергию электрического поля конденсатора:

; (1.16)

или с учетом того, что Q = СU

; (1.17)

Физическое накопление энергии в электрическом поле происходит за счет поляризации молекул или атомов диэлектрика.

При замыкании пластин конденсатора проводником происходит разрядка конденсатора и в результате энергия электрического поля преобразуется в тепловую, выделяемую при прохождении тока через проводник.

2. Магнитное поле

2.1 Магниты и магнитное поле

Магнитами называются стальные предметы, имеющие свойства притягивать железные предметы и отклонять компасную стрелку. Последняя является также магнитом, но очень маленьким и легким. Стрелка укреплена на игле и может свободно поворачиваться, так что один и ее концов (N) обратится на север, а другой (S) на юг.

Магнитные полюсы. Каждый магнит обладает двумя полюсами – северный (N) и южным (S).Простые опыты показывают, что одноименные полюсы магнитов отталкиваются друг от друга, а разноименные притягиваются.

Магнитное поле. Если положить на стол шарик и приблизить к нему магнит, то шарик покатится к магниту, прежде чем они коснутся друг друга. Значит, магнитные свойства заключены не только в теле самого магнита с его полюсами, но и окружающем его пространстве. В пространстве, окружающем магнит, существует магнитное поле, являющееся одним из видов материи, одним из видов ее проявления. Магнитное поле может наблюдаться как в воздухе так и в вакууме. Ему не мешают железные предметы – оно их как бы пронизывает. Железо и подобные ему металлы способны усиливать магнитное поле.

В магнитном поле заключена энергия. Под действием магнитного поля возникают силы, приводящие в движение тела: поворачивающие стрелку, притягивающие предметы, заставляющие катится шарик. За счет энергии запасенной в магнитном поле, совершается работа.