Тема 6.2: Провідники в електричному полі. Електроємність. Конденсатори.( 4 год.)

Мета:дати поняття провідників та діелектриків в електричному полі, ємності плоского конденсатора, типів конденсаторів; розвивати пошукову, пізнавальну активність студентів, логічне мислення, уяву. Виховувати самостійність, наполегливість, впевненість у собі, інтерес до предмету.

План.

1. Електроємність, одиниці вимірювання.

2. Конденсатори. Ємність конденсаторів.

3. Види конденсаторів. З’єднання конденсаторів.

4. Енергія електричного поля.

5. Провідники та діелектрики в електричному полі .

6. Застосування конденсаторів.

Вивчення нового матеріалу.

Електроємність. Для характеристики здатності провідників нагромаджувати електричний заряд введено фізичну величину, яка називається електроємністю.

Провідник, заряджений певною кількістю електричних зарядів, набуває певного, цілком визначеного значення потенціалу. Його значення залежить не лише від заряду на даному провіднику, але й від тих зарядів, які існують на оточуючих провідник тілах, або виникають внаслідок електростатичної індукції. Отже, заряди і потенціали провідників не можуть бути одночасно заданими довільно: між цими величинами існує певний зв’язок. Для знаходження цього зв’язку слід взяти провідник, позбавлений впливу інших, тобто відокремлений, віднесений на достатню відстань. Проведемо дослід. Розташуємо металеву кулю подалі від інших провідників так, щоб вона не могла заряджатися через вплив, і з’єднаємо її з електрометром довгим ізольованим дротом. Будемо збільшувати заряд кулі рівними порціями (мал.).

Мал. Потенціал відокремленого провідника пропорційний його заряду

Виявляється, що у скільки разів збільшується заряд кулі, у стільки разів збільшується її потенціал, тобто потенціал відокремленого провідника пропорційний його заряду. Відношення заряду, наданого провіднику, до його потенціалу для даного відокремленого провідника є постійною величиною.

Це відношення є певною характеристикою провідника, яка називається електроємністю.

Електроємністю ( або просто ємністю) називається фізична величина, яка чисельно дорівнює відношенню величини заряду провідника q до його потенціалу .

.

Можна сказати і так: електроємність відокремленого провідника чисельно дорівнює електричному заряду, який змінює потенціал провідника на одиницю.

Термін електроємність виник за аналогією з місткістю посудини. Чим більша ємність провідника, тим менше змінюється його потенціал при наданні йому заряду. Подібно до того, що чим більша місткість посудини, тим менше змінюється рівень рідини у ній при доливанні певної кількості рідини.

Ємність відокремленого провідника залежить від форм і розмірів поверхні, (оскільки заряди розміщуються лише по його поверхні), а також від діелектричної проникності середовища, в якому знаходиться провідник .

Оскільки потенціал невідокремленого провідника залежить від наявності і розташування оточуючих його заземлених тіл, ємність такого провідника також залежить від цих факторів. Однак за умови даного розташування оточуючих тіл ємність даного провідника не змінюється, оскільки чим більший заряд йому наданий, тим більшим буде його потенціал.

Ємність не залежить від матеріалу, агрегатного стану провідника, наявності в ньому порожнин або інших включень, а також від величини заряду на ньому.

Провідник характеризується електричною ємністю і у випадку, коли він зовсім не заряджений.

Одиниця електроємності. Формула дає можливість ввести одиницю електроємності. В системі СІ такою одиницею є 1Кл/В. На честь англійського фізика Фарадея, який зробив неоціненний внесок у розвиток електродинаміки, одиницю ємності назвали фарад (позначається Ф).

1Ф = .

Фарад - занадто велика одиниця. Таку ємність мала б куля радіусом 9.1011 см (в 1400 разів більшим за радіус Землі). На практиці використовують менші за фарад, кратні їй, одиниці: мікрофарад (мкФ) – 10-6 Ф і пікофарад (пФ) – 10 -12 Ф. Хоча і мікрофарад досить велика одиниця. Ємність в 1 пФ має у вакуумі металева кулька радіусом 0,9 см. Ємність Земної кулі близько 709 мкФ. Вона в мільйони разів більша за електроємність приладів і провідників. З’єднуючи будь-який провідник із зарядом q з Землею, ми одержуємо провідник величезної ємності, потенціал якого практично не змінюється від додавання йому заряду q. З цієї причини вирішили прийняти потенціал Землі за нульовий і порівнювати з ним потенціали заряджених провідників.

Конденсатори, їх призначення. З’ясуємо, за яких умов на провідниках можна зібрати великий електричний заряд, не збільшуючи їх розмірів.

Під час зарядження двох провідників між ними з’являється електричне поле і виникає різниця потенціалів (напруга). Із збільшенням напруги електричне поле між провідниками посилюється. Якщо поле дуже сильне (напруга дуже велика), може статися ”пробій діелектрика”, тобто діелектрик стає провідним. В результаті між провідниками проскакує іскра і вони розряджаються. Чим менше зростає напруга між провідниками зі збільшенням заряду, тим більший заряд можна

нагромаджувати. Саме така вимога – накопичення досить великих зарядів на провідниках при досить незначних напругах між ними виникає при конструюванні багатьох електротехнічних та радіотехнічних пристроїв. Інакше кажучи, постає проблема збільшення їх електроємності. Розв’язанню проблеми допомагають конденсатори. (У перекладі на українську - ”згущувачі”. У даному сенсі – ”згущувачі” електричних зарядів).

Конденсатор – це система двох ізольованих один від одного провідників, яким надано однакові заряди протилежного знаку, поле яких зосереджено лише між даними провідниками. На електроємність конденсатора оточуючі тіла не впливають.

Ці ізольовані діелектриком провідники називаються обкладками конденсаторів. В залежності від форми обкладок конденсатори поділяються на плоскі, циліндричні та сферичні.

Найпростіший плоский конденсатор складається з двох паралельних металевих пластин (обкладок), розміщених на малій відстані одна від одної і розділених діелектриком. Якщо заряди пластин однакові за величиною і протилежні за знаком, то майже всі силові лінії електричного поля зосереджені всередині конденсатора. У сферичного конденсатора, що складається з двох концентричних сфер, та у циліндричного, утвореного з двох коаксіальних металевих циліндрів, все поле зосереджене всередині конденсатора.

Щоб зарядити конденсатор, треба його обкладки приєднати до джерела напруги, наприклад, акумуляторної батареї. Можна також з’єднати одну обкладку з джерелом напруги, а другу заземлити. Тоді на заземленій обкладці залишиться заряд, рівний заряду першої обкладки, але протилежний йому за знаком. Такий саме за модулем заряд піде у землю. Різнойменні заряд обох пластин, притягуючись один до одного, накопичуються лише на їх внутрішній стороні. Між пластинами виникає однорідне електричне поле, а поза конденсатором електричні поля зарядів обох пластин компенсують одне одного( мал.).

Мал. Модель конденсатора

Під зарядом конденсатора розуміють абсолютне значення заряду однієї з обкладок.

Ємність конденсатора. В результаті зарядки конденсатора між його обкладками виникає різниця потенціалів. Вимога, щоб вона була якомога меншою за наявності достатньо великого значення заряду, означає, що відношення q/(φ₁−φ₂) має бути якомога більшим. Позначимо це відношення буквою С.

Фізичну величину, що дорівнює відношенню накопиченого в конденсаторі заряду q до різниці потенціалів між його обкладками ( φ₁−φ₂) називають ємністю конденсатора.

Вочевидь, чим більша ємність конденсатора, тим більший заряд можна надати його обкладкам при даній напрузі між ними. Іншими словами, ємність конденсатора показує, який заряд можна йому надати (вмістити), не змінюючи напруги.

На відміну від ємності відокремленого провідника ємність конденсатора не залежить від оточуючих провідників.

Обчислимо ємність плоского конденсатора. Позначимо площу кожної його частини S, а відстань між пластинами d. Конденсатор заповнений діелектриком з діелектричною проникністю ε. Щоб обчислити ємність за формулою, треба виразити різницю потенціалів через заряд q. Ця різниця потенціалів визначається напруженістю поля , яка залежить від зарядів обкладок конденсатора. Напруженість поля між двома обкладками плоского конденсатора дорівнює сумі напруженостей полів, створених кожною із пластин: . Напруженості поля позитивно і негативно заряджених пластин однакові за модулем і напрямлені всередині конденсатора в один і той самий бік. Тому модуль результуючої напруженості дорівнює

Е = 2Е₁ = 2∙ = ,

де - поверхнева густина зарядів ( ). Напруженість поля в діелектрику зменшується в разів. Отже, напруженість поля між обкладками конденсатора обчислюється за формулою:

В однорідному електричному полі зв’язок між напругою (різницею потенціалів) і напруженістю визначається формулою: U =Ed = .

Підставивши цей вираз у формулу ємності, одержуємо формулу ємності плоского конденсатора:

.

Електроємність плоского конденсатора прямо пропорційна площі його пластин і діелектричній проникності і обернено пропорційна відстані між пластинами. Вона також залежить від електричних властивостей середовища . Електроємність конденсатора не залежить від матеріалу провідників.

В цьому можна переконатися на досліді. З’єднаємо пластину А розсувного конденсатора із заземленим електрометром. Пластину В конденсатора також заземлимо (мал.). Електрометр буде вимірювати різницю потенціалів між пластинами А і В.

Мал. До визначення електроємності конденсатора

Зарядимо обкладку А і знімемо покази електрометра. Збільшуючи відстань між пластинами, спостерігаємо, що різниця потенціалів між ними збільшується. Це свідчить про зменшення ємності конденсатора, адже заряд не змінювався. Якщо зсунути пластинку А вгору, зменшиться задіяна площа обкладок, а покази електрометра збільшаться. Це означає зменшення ємності конденсатора. Якщо у проміжок між пластинами внести діелектрик, різниця потенціалів між обкладками зменшиться, тобто електроємність конденсатора збільшиться.

Залежність ємності конденсатора від електричних властивостей речовини між його обкладками застосовується для вимірювання діелектричної проникності речовини. Для цього експериментально визначається відношення ємностей конденсатора з діелектричною пластиною між обкладками (С) та без неї (С₀). Як випливає з формули, діелектрична проникність ε = С/С₀.

З’ясовані залежності ємності конденсатора від його геометричних характеристик дають можливість зробити висновок, що, зменшуючи товщину діелектрика між пластинами, можна одержати конденсатор великої ємності. Однак із зменшенням товщини діелектрика за незмінної різниці потенціалів на пластинах збільшується напруженість поля конденсатора і при певному її значенні може настати пробій діелектрика. Аби уникнути цього кожний конденсатор , окрім ємності, позначається максимальною робочою напругою.

Види конденсаторів. Як вже зазначалося, властивість конденсаторів накопичувати великі заряди завдяки великій ємності широко використовується в електротехнічних та радіо технічних пристроях.

Залежно від призначення конденсатори мають різну будову, розміри та зовнішнє оформлення. Звичайний технічний паперовий конденсатор складається з двох смужок фольги, ізольованих одна від одної паперовими стрічками, просоченими парафіном. Смужки і стрічки туго згортаються у компактний пакет або рулон невеликого розміру (мал. ). Ємність таких конденсаторів становить порядку 10 мкФ.

Мал. Паперовий конденсатор

Користуючись побутовою радіоапаратурою, ви обов’язково маєте справу з конденсаторами змінної ємності. Вони складаються з двох ізольованих систем металевих пластин, які при обертанні рукоятки можуть поступово перекривати одна одну. При цьому змінюється ємність конденсатора (мал).

Мал. Конденсатор змінної ємності

В радіотехніці застосовуються і слюдяні конденсатори невеликої ємності (мал.), які, однак, можуть працювати при напругах від сотень до тисяч вольт. В цих конденсаторах листи станіолю перекладаються слюдою в такий спосіб, що непарні листи станіолю утворюють одну обкладку конденсатора, а парні – іншу.

Мал. Слюдяні конденсатори

В сучасній радіотехніці широкого розповсюдження набули керамічні конденсатори (мал.). Обкладки їх виготовляють у вигляді двох шарів срібла, нанесеного на спеціальну кераміку, що слугує діелектриком, і покривають захисним шаром лаку. Такі конденсатори розраховані на ємності від одиниць до сотень пікофарад і напруги від сотень до тисяч вольт.

Мал. Керамічні конденсатори

Є багато інших видів конденсаторів.

З’єднання конденсаторів. Щоб одержати необхідну електроємність при заданій робочій напрузі, конденсатори з’єднують у батареї.

Найпоширеніші такі з’єднання: послідовне, паралельне, змішане. Розглянемо їх особливості.

Нехай послідовно з’єднано N конденсаторів (мал. ).

Мал. Послідовне з’єднання конденсаторів

На обкладках кожного з них буде однаковий за модулем заряд:

q₁ = q₂ = q₃ =…. q_N = Q ,

де Q – заряд об кладок всієї батареї. Напруга на клемах такої батареї дорівнюватиме сумі напруг на всіх послідовно з’єднаних конденсаторах, тобто:

U = U₁ + U₂ + U₃ +…+ U_N .

Оскільки ,

знайдемо формулу розрахунку електроємності батареї послідовно з’єднаних конденсаторів:

.

При послідовному з’єднанні конденсаторів додаються обернені значення їх ємностей. Ємність батареї з n однакових послідовно з’єднаних конденсаторів в n разів менша ємності одного конденсатора.

Щоб одержати велику електроємність, конденсатори з’єднують паралельно (мал.).

Мал. Паралельне з’єднання конденсаторів

За такого з’єднання напруга на кожному конденсаторі однакова і дорівнює напрузі на клемах батареї:

U₁ = U₂ =U₃… =U_N = U,

а заряд батареї – сумі зарядів на всіх паралельно з’єднаних конденсаторах:

Q = q₁ + q₂ +….+q_N .

Враховуючи, що Q =CU, q₁ = C₁U , q₂=C₂U, ….q_N =C_NU,

знаходимо формулу розрахунку електроємності батареї паралельно з’єднаних конденсаторів:

C = C₁ + C₂ + …+C_N.

Ємність батареї паралельно з’єднаних конденсаторів дорівнює сумі ємностей усіх конденсаторів.

Ємність батареї з n однакових паралельно з’єднаних конденсаторів в n разів більша ємності одного конденсатора.

На практиці рідко використовують лише один вид з’єднання конденсаторів. Зазвичай використовують різні сполучення послідовного і паралельного з’єднань, які називають змішаними (мал.).

Мал. Мішане з’єднання конденсаторів

Енергія електричного поля. В попередніх параграфах ви дізналися, як знайти потенціальну енергію точкового заряду, вміщеного в електростатичне поле. З’ясуємо тепер, як визначити енергію неточкових зарядів на приладі заряджених пластин плоского конденсатора.

У тому, що заряджений конденсатор має енергію, можна переконатися, якщо розрядити конденсатор, наприклад лейденську банку, за допомогою спеціального розрядника з ізольованою ручкою

Мал. Лейденська банка

При цьому між кульками розрядника та конденсатора проскакує іскра, тим більша, чим більші ємність та напруга конденсатора. Енергія конденсатора перетворюється в світлову, теплову, механічну форми енергії.

Виведемо формулу енергії плоского конденсатора. Очевидно, що енергія електричного поля зарядженого конденсатора дорівнює тій роботі, яку треба виконати для його зарядки, тобто для розділення позитивних і негативних зарядів. Розрахуємо її. Напруженість поля, створюваного зарядом однієї з пластин, дорівнює Е/2, де Е – напруженість поля в конденсаторі. В однорідному полі однієї пластини є заряд q , розподілений по поверхні другої пластини. Згідно з формулою для потенціальної енергії заряду в однорідному полі енергія конденсатора дорівнює:

,

де q - заряд конденсатора, Е – напруженість електричного поля, а d - відстань між пластинами.

Оскільки Ed = U - різниця потенціалів між обкладками конденсатора, то його енергія дорівнює:

Формулу можна перетворити, щоб у вираз для потенціальної енергії входили або заряд або напруга. Для цього скористаємося формулою електроємності конденсатора . Підставляючи необхідну величин у вихідну формулу, одержуємо:

Обчислюючи енергію конденсатора, можна користуватися будь-якою з цих формул, залежно від відомих величин.

Енергію електричного поля можна виразити через основну характеристику поля – напруженість. Підставимо у формулу значення електроємності плоского конденсатора і виразимо різницю потенціалів через напруженість поля: U=Ed.

Одержуємо ще одну формулу:

В останню формулу входять лише характеристики поля. Зокрема, добуток Sd є об’ємом, що його займає поле. Таким чином, енергія однорідного поля пропорційна об’єму поля. Поділивши вираз на Sd, визначимо енергію, яка припадає на одиницю об’єму, тобто густину енергії.

Ця формула справедлива не тільки для однорідного поля плоского конденсатора, але й для будь-якого іншого електростатичного поля, і навіть для змінних електричних полів.

Провідники в електричному полі. До провідників належать речовини, які мають заряджені частинки, що здатні рухатись впорядковано по всьому об’єму тіла під дією електричного поля. Заряди цих частинок називають вільними зарядами. Провідниками є всі метали, деякі хімічні сполуки, водні розчини солей, кислот, лугів, розплави солей, іонізовані гази. Розглянемо поведінку в електричному полі тільки твердих металевих провідників. У металах носіями вільних зарядів є вільні електрони. Їх називають електронами провідності.

Під час утворення металу з нейтральних атомів внаслідок взаємодії між ними електрони зовнішніх оболонок атомів повністю втрачають зв’язки зі своїми атомами і стають «власністю» всього провідника в цілому. У результаті позитивно заряджені іони оточені негативно зарядженим газом, що утворюється колективізованими електронами. Вільні електрони беруть участь у тепловому русі і можуть переміщуватися по шматку металу в будь-якому напрямі.

Помістимо незаряджений металевий провідник в однорідне електростатичне поле.

Під дією поля в ньому виникне впорядкований рух вільних електронів у напрямі, протилежному напряму напруженості цього поля. Електрони накопичуватимуться на одному боці провідника й утворять там надлишковий негативний заряд, а їх недостача на іншому боці провідника приведе до утворення там надлишкового позитивного заряду, тобто в провіднику відбудеться розподіл зарядів. Ці нескомпенсовані різнойменні заряди з’являться на провіднику лише під дією зовнішнього електричного поля, тобто такі заряди є індукованими, наведеними. А в цілому провідник лишається незарядженим. У цьому переконуємося, виймаючи провідник з електричного поля.

Такий вид електризації, за якого під дією зовнішніх електричних полів відбувається перерозподіл зарядів між частинами певного тіла, називають електростатичною індукцією. Нескомпенсовані електричні заряди, що з’явилися на протилежних частинах провідника, створюють своє власне електричне поле всередині провідника напруженістю , яка напрямлена проти зовнішнього поля.

Електростатичний захист. У результаті переміщення вільних носіїв заряду і накопичення їх на протилежних частинах провідника напруженість внутрішнього поля збільшується і, нарешті, дорівнюватиме за модулем напруженості зовнішнього поля. Це приводить до того, що напруженість результуючого поля всередині провідника дорівнюватиме нулю:

.

При цьому наступає рівновага зарядів на провіднику. Таким чином, за умови рівноваги зарядів на провіднику весь нескомпенсований заряд знаходиться тільки на зовнішній поверхні провідника, а в середині провідника електричного поля немає. Це явище використовують для створення електростатичного захисту. На відміну від гравітаційного поля від електричного поля можна захиститися, якщо оточити провідник, наприклад, мідними листами. На практиці це використовується для захисту від потужного електричного поля радіолокаторів та радіостанцій, випромінювання яких може зашкодити здоров’ю; для запобігання дії електричного поля на чутливі прилади.

Явище електростатичної індукції дозволяє заряджати провідники, зокрема привівши їх в контакт, а потім відсунувши одне від одного, не виносячи із зовнішнього електричного поля.

Таким чином, ми з’ясували, що якщо помістити провідник в електричне поле, спостерігається його електризація. А як буде вести себе діелектрик в електричному полі?

Види діелектриків. Таким чином, ми з’ясували, що якщо помістити провідник в електричне поле, спостерігається його електризація. А як буде вести себе діелектрик в електричному полі?

Діелектриками або ізоляторами називають такі тіла, через які електричні заряди не можуть переходити від зарядженого тіла до незарядженого.

Ця властивість діелектриків зумовлена тим, що у них за певних умов немає вільних носіїв заряду. Якщо умови змінюються, наприклад, під час нагрівання, в діелектрику можуть виникнути вільні носії заряду і він почне проводити електрику. Отже, поділ речовин на провідники і діелектрики є умовним.

До діелектриків належать усі гази за нормальних умов, рідини (гас, спирти, ацетон, дистильована вода та ін.), тверді тіла (скло, пластмаси, сухе дерево, папір, гума тощо).

У діелектриках електричні заряди не можуть (так як і вільні заряди провідника) переміщуватися під дією електричного поля по всьому об’єму тіла.

Діелектрики поділяють на два види:

полярні, які складаються із молекул, у яких центри розподілу позитивних і негативних зарядів не збігаються (вода, спирти та ін.);

неполярні, що складаються з атомів або молекул, у яких центри розподілу позитивних і негативних зарядів збігаються (бензол, інертні гази, поліетилен та ін.).

Поляризація діелектриків. Усередині діелектрика електричне поле може існувати. Притягання незарядженого тіла (діелектрика) до зарядженого тіла пояснюється тим, що в електричному полі відбувається поляризація діелектрика, тобто зміщення в протилежні боки різнойменних зв’язаних зарядів, що входять до складу атомів і молекул таких речовини.

Мал. Полярний діелектрик в електричному полі

Якщо полярний діелектрик опустити в електричне поле, то його молекули починають повертатися своїми позитивно зарядженими сторонами до негативно заряджених пластин зовнішнього поля, а негативно зарядженими – до позитивно заряджених пластин . У результаті на поверхні діелектрика виникає досить тонкий шар зарядів протилежних знаків, які й створюють зустрічне поле. Однак на відміну від провідників це поле вже нездатне повністю скомпенсувати зовнішнє, а лише послаблює його в разів.

Якщо ж в електричне поле помістити неполярний діелектрик, то його молекула деформується, в результаті чого він стає схожим на полярний.

Для характеристики електричних властивостей діелектриків уведено особливу величину, яку називають діелектричною проникністю. Це фізична стала, яка показує у скільки разів модуль напруженості електричного поля всередині діелектрика менший від модуля напруженості у вакуумі:

.

Діелектричну проникність знайдено для всіх діелектриків і занесено до таблиць. Для дистильованої води , а для гасу – 2.

Таким чином, в діелектриках, як і в провідниках, спостерігається індукція електричних зарядів. Однак, якщо в електричному полі розділити діелектрик на дві частини, то ми не одержимо різнойменно заряджених тіл. У цьому полягає відмінність індукції в діелектриках від індукції в провідниках.

Діелектрик, поміщений в електричне поле, зумовлює зменшення напруженості поля і відповідно зменшення сили взаємодії між зарядами, що знаходяться в діелектрику, порівняно з силою взаємодії між зарядами у вакуумі.

Застосування конденсаторів. Як вже зазначалося, властивість конденсаторів накопичувати великі заряди завдяки великій ємності широко використовується в електротехнічних та радіо технічних пристроях.

Зазвичай енергія конденсаторів не дуже велика (не перевищує сотень джоулів), а також зберігається недовго через витікання заряду, тому вони не можуть конкурувати з акумуляторами як джерело електричної енергії. Проте вони мають одну дуже важливу властивість. Вона полягає в тому, що конденсатор може нагромаджувати енергію відносно тривалий час, а віддає її майже миттєво. Цю властивість широко використовують на практиці.

Кожний, хто користувався фотоапаратом із лампою-спалахом, застосовував для її живлення конденсатор, який заряджається від спеціальної батареї. Спалахи газорозрядної трубки, за допомогою якої збуджуються квантові джерела світла – лазери – відбуваються під час розрядження батареї конденсаторів великої ємності.

Широко застосовуються конденсатори в радіотехніці. Їх використовують для згладжування пульсацій у випрямлячах змінного струм, в електромагнітних коливальних контурах, конденсатори змінної ємності застосовують в контурах настройки радіоприймачів тощо.

Явище, дуже схоже з розрядкою конденсатора, являє собою блискавка . В чому ж полягає аналогія між розрядом конденсатора і блискавкою?

Зазвичай нижня частина хмари несе негативний, а верхня частина - позитивний заряд. На землі теж виникає позитивний заряд, який індукується переважно на верхів’ях предметів безпосередньо під хмарою. При цьому обкладками слугують земля і хмара або дві хмари, а діелектриком між ними є повітря. Коли різниця потенціалів стає досить великою, між землею і хмарою або між хмарами відбувається розряд, який називається блискавкою. Напруга в блискавках може сягати мільйонів вольт.

Якщо діелектрик – повітря виявляється пробитим, можна припустити, що в місці пробою товщина шару повітря є найменшою, тобто блискавка йде по шляху найменшого опору, яким і є найкоротша відстань між хмарою і землею. Тому блискавка найчастіше влучає в предмети, що височать над поверхнею землі. Крім того чим вищий предмет, тим ближчий він до хмари, а значить на ньому індукується більший заряд.

Ось чому, потрапивши в грозу не можна ховатися під високими і поодинокими деревами, на пагорбах, відкритій місцевості, а також користуватися металевими предметами , мобільними телефонами. Схованками можуть стати густий ліс, печери, підніжжя крутих схилів і скель.

Для захисту будівель від ураження блискавкою використовують блискавковідводи. Вони дають можливість індукованим зарядам стікати у повітря, а в разі удару блискавки в будівлю – відводити ї в землю.

Запитання для самоперевірки:

1. Що називають електроємністю відокремленого провідника? Яка формула виражає суть цього поняття?

2. Від чого залежить електроємність провідника? Чи впливає середовище на неї?

3. В яких одиницях вимірюється електроємність в СІ?

4. Дві однакові відокремлені кулі у вакуумі одержали різні заряди. Що ви можете сказати про потенціали цих куль?

5. Чи можна змінити потенціал провідника, не торкаючись його і не змінюючи його заряд?

6. Що називають конденсатором? Зарядом конденсатора?

7. Що показує ємність конденсатора?

8. Чому дорівнює потенціал усіх заземлених провідників?

9. Опишіть будову плоского конденсатора і напишіть формулу для визначення його електроємності.

10. Плоский повітряний конденсатор заряджають від джерела струму до напруги U, а потім від’єднують. Після цього обкладки розсувають. Чи буде змінюватися наруга між ними?

11. З якою метою використовують конденсатори?

12. Назвіть відомі вам види конденсаторів, опишіть їх будову.

13. Конденсатори змінної ємності в радіоприймачах бувають повітряні і з твердим діелектриком. Які з них мають більшу електроємність при однакових геометричних розмірах і чому?

14. Намалюйте схеми послідовного та паралельного з’єднань конденсаторів. Запишіть формули розрахунку ємності при таких з’єднаннях.

15. Плоский повітряний конденсатор заряджається від джерела струму до напруги U, а потім відключається. Після відключення обкладки конденсатора розсуваються. Чи уде змінюватися напруга між ними ?

16. У чому полягає подібність між конденсатором і системою хмара - земля?

17. В одному з творів письменника Єфремова (” Юрта ворона”) описано випадок, коли геолог знайшов великі поклади цінної руди, спостерігаючи, куди найчастіше влучають блискавки під час грози. Чим керувався геолог?

18. Напругу між пластинами конденсатора збільшили вдвічі, не змінюючи його ємності. Як змінилася енергія конденсатора?

19. Як змінюється енергія зарядженого конденсатора при зменшенні відстані між його пластинами, якщо конденсатор6 а) відключений від джерела напруги, б) підключений до джерела напруги?

20. Яку небезпеку становлять відключені від джерела напруги електричні кола з конденсаторами? Що треба зробити після розмикання таких кіл?