вия η от сопротивления внешнего участка цепи R. Учтите, что при построении графиков по оси абсцисс необходимо откладывать значения сопротивления, а по оси ординат названные выше величины. Графики удобно сопоставлять, если они все будут построены на одном поле (т. е. с одной осью абсцисс).

5. Графики зависимости силы тока I от R представьте с учетом погрешности измерения ∆I (см. табл. 1.3.1). Для этого на каждом значении I, изображенном на графике точкой, в выбранном масштабе покажите вертикальной чертой значения силы тока от I-∆I до I+∆I.

32

1.3.7. Контрольные вопросы

1.Что называется электрическим током? Что такое сила тока и плотность тока? Назовите их единицы в СИ?

2.Какие силы называются сторонними? В каких участках замкнутой цепи они действуют на носители тока?

3.Какая величина называется электродвижущей силой? Какая величина называется напряжением? Назовите их единицы в СИ.

4.Сформулируйте и запишите закон Ома в интегральной форме для однородного участка цепи, для неоднородного участка цепи, в дифференциальной форме, для замкнутой цепи.

5.Что такое полная мощность источника тока? Что такое мощность во внешней цепи? Запишите соответствующие формулы и поясните.

6.При каких условиях мощность, выделяющаяся во внешней цепи, максимальна? Ответ обосновать.

7.Чем определяется коэффициент полезного действия источника тока? Имеет ли смысл стремиться получить КПД близкий к единице?

8.Как, зная класс точности миллиамперметра, рассчитать максимальную погрешность измерения силы тока? Как учесть эту погрешность при построении графика зависимости I(R)?

33

2.ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В СРЕДАХ

Проводники в электрическом поле

перераспределение зарядов – явление, называемое электростатической индукцией. Например, если это металл, в котором носителями зарядов являются отрицательно заряженные частицы – электроны, то, в зависимости от направления вектора напряженности, с одной стороны металлического тела произойдет накоплениеG отрицательных зарядов, которые мигрируют против

направления E0 , а с другой стороны тела их будет мало и на поверхности появится положительный заряд (рис 2.1).

Рис. 2.1. Искажение электрических силовых линий при внесении проводника в однородное электрическое поле

Опыт показывает, что неодинаковые по форме проводники, помещаемые в одну и ту же точку поля, имеют одинаковые потенциалы, соответствующие потенциалу этой точки поля, но заряжаются разными по величине зарядами. Справедливо и обратное утверждение, что различные проводники, будучи заряжены одинаковым количеством электричества, имеют различные потенциалы.

Для уединенного проводника, т.е. проводника, вблизи которого нет других тел, влияющих на распределение в нем зарядов, между сообщенным зарядом Q и возникающим потенциалом ϕ существует определенное, постоянное для данного проводника соотношение

Коэффициент пропорциональности С, выражающий линейную связь между потенциалом уединенного проводника и его зарядом, называют электрической емкостью (электроемкостью). Электроемкость уединенного проводника численно равна заряду, который надо сообщить проводнику, чтобы потенциал его увеличить на единицу.

Электрическая емкость уединенного проводника зависит от его размеров и формы, но не зависит от материала, агрегатного состояния, формы и размеров полостей внутри проводника. Это связано с тем, что избыточные заряды распределяются на внешней поверхности проводника, а напряженность электрического поля внутри его равна нулю. Следует отметить, что электроемкость не зависит также ни от заряда проводника, ни от потенциала электрического поля.

34

Единица электрической емкости – фарад (Ф). 1 Ф – электроемкость такого уединенного проводника, потенциал которого возрастает на 1 В при сообщении ему заряда в 1 Кл.

Уединенные проводники обладают малой электрической емкостью. Так,

Отсюда следует, что электроемкостью в 1Ф обладает уединенный шар радиусом R =C(4πε0 ) =9 109 м, что примерно в 1500 раз больше радиуса

Земли. Фарад – очень большая величина, поэтому на практике используются

дольные единицы – миллифарад (1 мФ = 10-3 Ф), микрофарад (1 = 10-6 Ф), нанофарад (1 нФ =10-9 Ф), пикофарад (1пФ = 10-12 Ф).

Для практических целей, особенно в радиотехнике и областях, связанных с радиоэлектроникой, очень часто необходимы устройства, обладающие способностью при малых размерах и небольших потенциалах накапливать значительные электрические заряды. Этим требованиям могут удовлетворять неуединенные проводники.

Действительно, если проводник не уединенный, т.е. вблизи него имеются другие тела, то его электроемкость больше, чем у такого же, но уединенного проводника. При этом электрическая емкость неуединенного проводника будет существенно увеличиваться при приближении к нему других тел. Это вызвано тем, что, если к заряженному проводнику приближать другие тела, на них возникают индуцированные (на проводнике) или связанные (на диэлектрике) заряды, причем ближайшими к наводящему заряду Q будут заряды противоположного знака. Эти заряды, естественно, ослабляют поле, создаваемое зарядом Q, т.е. понижают потенциал проводника, что приводит к повышению его электрической емкости.

Наибольший практический интерес представляет система, состоящая из двух близко расположенных друг к другу проводящих плоскостей, разделенных диэлектриком. Такая система называется конденсатором. Образующие конденсатор плоскости называются обкладками.

Под электроемкостью конденсатора понимается физическая величина, равная отношению заряда Q, накопленного в конденсаторе, к разности по-

Простейшим конденсатором является плоский конденсатор, состоящий из двух параллельных проводящих пластин, разделенных тонким слоем диэлектрика. Для определения его емкости рассмотрим две бесконечные параллельные плоскости, расположенные на расстоянии d друг от друга (рис. 2.2), заряженные с поверхностной плотностью зарядов + σ Кл/м2 и - σ Кл/м2.

35