Вопрос 13. Проводник во внешнем электрическом поле.

Проводник отличается от диэлектрика тем, что имеет свободные заряды. В металлах это электроны проводимости. При внесении проводника в электростатическое поле электроны проводимости под действием этого поля перераспределяются в проводнике таким образом, чтобы в любой точке внутри проводника электрическое поле электронов проводимости и положительных ионов скомпенсировало внешнее поле. Внутри проводника поля нет. Перераспределение зарядов в проводнике под влиянием внешнего электростатического поля называется явлением электростатической индукции.

Для проводников в электрическом поле выполняются условия:

1. Внутри проводника напряженность равна нулю, а у поверхности линии напряженности перпендикулярны к поверхности проводника

2. Весь объем проводника и его поверхность – эквипотенциальна.

3. Не скомпенсированные заряды распределяются только на поверхности. Поверхностная плотность заряда определяется индуцированным зарядом.

Вопрос 14. Электроемкость. Конденсаторы. Емкость плоского, сферического, цилиндрического конденсатора. Виды соединения конденсаторов.

Величина, равная отношению заряда уединенного проводника (проводник, который находится далеко от других тел, что влиянием их электрических полей можно пренебречь) к его потенциалу называется электрической емкостью.

Конденсатор – это такие устройства, которые при небольших размерах и небольших потенциалах имеют свойства накапливать заряды.

Конденсатор состоит из двух проводящих плоскостей (обкладки), диэлектрика.

Емкость плоского конденсатора – расстояние между обкладками d. Площадь пластин S. Расстояние d<<S.

Емкость цилиндрического конденсатора – такой конденсатор состоит из двух соосных тонкостенных металлических цилиндров высотой h и радиусов R и R1. Цилиндры вставлены друг в друга. Высота намного больше радиусов.

Чтобы найти емкость сферического конденсатора, который состоит из двух концентрических обкладок, разделенных сферическим слоем диэлектрика, используем формулу для разности потенциалов между двумя точками, лежащими на расстояниях r₁ и r₂ (r₂ > r₁) от центра заряженной сферической поверхности. При наличии диэлектрика между обкладками разность потенциалов

Если d=r₂—r₁<<r₁, то r₂≈r₁≈r

У конденсаторов существует также два вида соединения: последовательное и параллельное.

Последовательное соединение. В этом случае обкладка одного конденсатора, заряженная отрицательно, соединена с обкладкой другого конденсатора, заряженного положительно. На рисунке показан пример последовательного соединения конденсаторов.

Последовательное соединение двух конденсаторов

При данном типе соединения действует следующее правило: величина, обратная емкости батареи конденсаторов при последовательном соединении, равна сумме величин, обратных емкостям отдельных конденсаторов. Из этого следует:

1/С = 1/С1 + 1/С2 + 1/С3 + ...

При этом типе соединения емкость батареи конденсаторов меньше емкости любого из конденсаторов.

Параллельное соединение – для увеличения емкости. При параллельном соединении конденсаторов положительно заряженные обкладки соединены с положительно заряженными, а отрицательно заряженные — с отрицательными.

Параллельное соединение двух конденсаторов

В этом случае емкость батареи конденсаторов будет равна сумме электрических емкостей конденсаторов:

С = С1 + С2 + С3 + ...