2.4 Электрическая ёмкость. Конденсатор
Изолированный проводник, помещённый в электрическое поле, способен накапливать электрический заряд, величина которого пропорциональна его потенциалу:
.
(2.11)
Коэффициент пропорциональности С называется ёмкостью.
Наибольшее практическое значение имеют системы из двух электрически изолированных между собой электропроводных тел, которые называются конденсаторами. Проводники конденсатора, называемые его обкладками, получают равные по величине, но противоположные по знаку заряды. Поэтому между обкладками конденсатора создаётся разность потенциалов. Тогда
Т. е., ёмкость электрического конденсатора характеризуется величиной заряда, который нужно сообщить одному из проводников конденсатора, чтобы напряжение между заряженными проводниками изменилось на 1 вольт.
Рис. 2.2 Условное обозначение конденсатора
2.6 Электрическое сопротивление. Закон Ома
Выражение закона Ома (2.15) можно записать в виде:
(2.16)
где R=1/G – величина обратная проводимости, называемая электрическим сопротивлением проводника.
Выражение
(2.16)
является математическим выражением
закона Ома для пассивного участка
электрической цепи.
Ток в проводнике равен отношению напряжения на участке проводника к электрическому сопротивлению этого участка.
Электронная теория электропроводности так объясняет сущность электрического сопротивления металлов. Свободный пробег электронов ограничен соударением их с ионами, образующими кристаллическую решётку. При столкновении кинетическая энергия электронов передаётся кристаллической решётке металла. После каждого столкновения электроны под действием сил электрического поля снова набирают скорость и отдают энергию при столкновении. При этом проводник разогревается за счёт работы сил электрического поля. Электроны выполняют роль посредника при преобразовании электрической энергии в теплоту.
Почти у всех металлов при рабочих температурах удельное сопротивление с ростом температуры увеличивается по линейному закону:
,
(2.18)
де
– удельные сопротивления при начальной
и конечной температуре;
– постоянный для данного металла
коэффициент, называемый температурным
коэффициентом сопротивления;
– начальная и конечная температура.
7. Мощность и энергия электрической цепи
Мощность и энергия электрической цепи используются для оценки энергетических параметров цепи.
Мощность определяется через основные характеристики электрических цепей: ток и напряжение.
Для цепей постоянного тока мощность Р определяется произведением тока и напряжения:
(2.19)
Единица измерения мощности:
В общем случае для цепей переменного тока:
(2.20)
Энергия электрической цепи определяется работой, совершаемой силами электрического поля за определённое время. Для цепей постоянного тока энергия равна произведению мощности на время:
В общем случае для цепей переменного тока:
(2.21)
3 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ