13. Конденсаторы и их ёмкость.

Конденсатор - система проводников, электрическая ёмкость которой не зависит от окружающих тел. Он представляет собой два проводника, разделённые слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Эти проводники называют обкладками конденсатора. Электроёмкость конденсатора может быть достаточно велика. Конденсатор также является устройством для накопления электрического заряда.

Разность потенциалов между обкладками конденсатора пропорциональна напряжённости его поля, которая, в свою очередь, пропорциональна заряду. Следовательно, отношение заряда к разности потенциалов не зависит от заряда. Это позволяет ввести понятие электроёмкости конденсатора.

C=q/U.

Электроёмкость конденсатора равна отношению его заряда к разности потенциалов (напряжению) между его обкладками.

Ёмкость конденсатора зависит от его формы, размера, взаимного расположения обкладок и диэлектрической проницаемости разделяющей их среды. Её можно вычислить, зная эти характеристики.

14. Понятие о методе изображений для решения некоторых электростатических задач.

Изображений метод - метод теории потенциала для решения некоторых краевых (граничных) задач для дифференциальных уравнений с частными производными в области D, при к-ром выполнение краевых (граничных) условий на границе дD=T достигается путем соответствующего подбора некоторых дополнительных источников поля, расположенных вне Dи называемых источниками-изображениями.

15. Электрическое поле при наличии диэлектриков.

Диэлектрики состоят из электрически нейтральных атомов и молекул, свободных зарядов в них нет.

Заряженные частицы в нейтральном атоме связаны друг с другом и не могут перемещаться под действием электрического поля по всему объему диэлектрика.

При внесении диэлектрика во внешнее электрическое поле в нем возникает некоторое перераспределение зарядов, входящих в состав атомов или молекул. В результате такого перераспределения на поверхности диэлектрического образца появляются избыточные нескомпенсированные связанные заряды. Все заряженные частицы, образующие макроскопические связанные заряды, по-прежнему входят в состав своих атомов.

Связанные заряды создают электрическое поле которое внутри диэлектрика направлено противоположно вектору напряженности внешнего поля. Этот процесс называется поляризацией диэлектрика. В результате полное электрическое поле , внутри диэлектрика оказывается по модулю меньше внешнего поля .

Физическая величина, равная отношению модуля напряженности внешнего электрического поля в вакууме к модулю напряженности полного поля в однородном диэлектрике, называется диэлектрической проницаемостью вещества.

Существует несколько механизмов поляризации диэлектриков. Основными из них являются ориентационная и электронная поляризации. Эти механизмы проявляются главным образом при поляризации газообразных и жидких диэлектриков.

16. Диполь в электростатическом поле. Молекулярная картина поляризации диэлектриков.

Система двух связанных противоположных и равных по модулю зарядов называется электрическим диполем. Диполем является, например, молекула воды H2O. Атомы в ней расположены углом, вершина которого - атом кислорода, центр распределения отрицательного заряда; центр распределения положительного заряда находится между атомами водорода.

Диэлектрики, молекулы которых являются диполями, то есть центры распределения положительного и отрицательного заряда в них не совпадают, называются полярными диэлектриками. К ним относятся вода, соли, спирты и другие вещества ионного строения.

Молекулы полярных диэлектриков участвуют в тепловом движении и поэтому ориентированы хаотически. Каждая молекула создаёт в некоторой точке пространства, находящейся на расстоянии r под углом a собственное поле напряжённостью

где - дипольный момент молекулы,

но, так как они ориентированы хаотически, напряжённости этих полей компенсируются и диэлектрик поля не создаёт.

Диэлектрик состоит из атомов и молекул. Положительный заряд сосредоточен в ядрах атомов, а отрицательный – в электронных оболочках атомов и молекул. Всякая молекула представляет собой систему с суммарным зарядом, равным нулю. Поляризация не может изменить суммарного заряда вещества, она влияет только на распределение электрических зарядов в веществе, при этом механизм поляризации в разных диэлектриках различен.

Можно выделить два вида диэлектриков: неполярные и полярные. Если в атоме диэлектрика, при отсутствии внешнего электрического поля, центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают, то атом не обладает электрическим дипольным моментом. Аналогично, в молекулах отрицательные и положительные заряды могут быть распределены таким образом, что у них отсутствует дипольный момент. Такие атомы и молекулы называются неполярными. Например, атом гелия, двухатомные молекулы, состоящие из одинаковых атомов (H2, N2, O2), некоторые многоатомные молекулы, такие, как CO2, NH4 и др. При отсутствии внешнего электрического поля такой диэлектрик неполяризован. Во внешнем поле положительные и отрицательные заряды смещаются в противоположных направлениях, в результате неполярные молекулы приобретают дипольный момент, и диэлектрик поляризуется.