Впервые электростатическая защита была продемонстрирована Фарадеем с помощью большого проволочного цилиндра на изоляторах.

Снаружи цилиндра к боковой поверхности приклеены бумажные полоски, играющие роль электроскопа.

В цилиндр через отверстие в основании вдоль оси вращения можно вдвигать металлический стержень.

Стержень тоже заканчивается легкими бумажными листочками.

Если цилиндр зарядить, то наружные листочки разойдутся,

Листочки на металлическом стержне внутри цилиндра останутся неподвижными.

Если их выдвинуть наружу, то они разойдутся. Доказывая, что поле существует только снаружи цилиндра.

Электроемкость уединенного проводника

Как уже отмечалось, если проводнику сообщить заряд, то он распределяется по поверхности проводника так, чтобы напряженность электростатического поля внутри проводника стала равна нулю.

Как будут распределяться заряды по проводнику, зависит от его формы.

Каждая новая порция заряда, сообщаемая проводнику, будет распределяться по его поверхности.

Если бы это было не так, то в проводнике возникло бы отличное от нуля поле.

Но это справедливо лишь для уединенного проводника - проводника, который достаточно удален от других проводников, тел и зарядов.

Различные по величине заряды распределяются по поверхности проводника подобно предыдущим порциям.

Сообщая проводнику больший заряд, мы пропорционально увеличиваем напряженность электростатического поля в каждой точке пространства, окружающего проводник.

Это же приведет к увеличению в такое же число раз потенциала проводника.

Таким образом, потенциал φ уединенного проводника

пропорционален заряду Q, находящемуся на проводнике:

φ Q

обозначим коэффициент пропорциональности буквой С.

φ =СQ

Величину С называют электроемкостью

(или просто емкостью) уединенного проводника.

Емкость C уединенного проводника определяется количеством заряда Q, изменяющим его потенциал φ на единицу. C Q

Емкость проводника зависит от величины и формы внешней поверхности, но не зависит от материала, агрегатного состояния, размеров и формы внутренних

полостей проводника.

Это связано с тем, что избыточные заряды распределяются на внешней поверхности проводника.

Емкость не меняется в зависимости заряда проводника и его потенциала.

Единица электроемкости в СИ — фарада (Ф).

1[Ф] это емкость такого уединенного проводника, чей потенциал изменяется на 1[В]

при сообщении ему заряда 1[Кл].

Рассчитаем электроемкость уединенного проводящего шара радиусом R, находящегося в однородной и изотропной среде с диэлектрической проницаемостью .

Воспользовавшись известным соотношением

2

1 2 Edl

1

найдем потенциал φ шара при сообщении ему заряда Q:

C 4 R Q

0 R

Емкостью 1[Ф] в вакууме обладал бы уединенный шар, и имеющий радиус

R = 9×109 [м].

Эта величина примерно в 1400 раз больше радиуса Земли. СЗемли ~ 0,7 [мФ].

Фарада очень большая величина, поэтому на практике используются доли фарады:

миллифарада (мФ), микрофарада (мкФ), нанофарада (нФ), пикофарада (пФ).

В справочных таблицах электрическую постоянную 0 = 8,85 10-12 приводят в (Ф/м) выражая из формулы

C 4 0 R

Типы конденсаторов. Электроемкость конденсаторов.

Если к заряженному проводнику приближать другие тела, то на них возникают заряды.

Индуцированные заряды, если приближают проводник, или связанные, если приближают диэлектрик.

Ближайшими к наводящему заряду Q будут возникать заряды противоположного знака.

Эти заряды ослабляют поле, создаваемое зарядом Q, понижают потенциал проводника, что вызывает повышение его емкости.

C Q

Устройства, обладающие способностью накапливать значительные по величине заряды (обладающие большой электроемкостью), получили название конденсаторов.

Конденсатор - система из двух проводников, называемых обкладками, с одинаковыми по модулю, но противоположными по знаку зарядами.

Форма и расположение обкладок таковы, что поле сосредоточено в узком зазоре между обкладками.

Основной характеристикой конденсатора является электроемкость

где Q - заряд, накопленный в конденсаторе; (φ1- φ2) - разность потенциалов между

его обкладками.

Расчет емкости плоского, сферического и цилиндрического конденсаторов.

1.Плоский конденсатор состоит из двух параллельных металлических пластин

площадью S каждая, расположенных на расстоянии d друг от друга и имеющих заряды +Q и -Q.

Если расстояние между пластинами мало по сравнению с их линейными размерами, то краевыми эффектами можно пренебречь.

Поле между обкладками считать однородным.

Согласно выражению, описывающему разность потенциалов между плоскостями, находящимися на расстоянии друг от друга.