9.Электроемкость. Конденсаторы.

Конденсаторы- устройства, предназначенные для накопления зарядов обладающие большой емкостью. Образующие конденсатор проводники называют его обкладками разделенные диэлектриком. В зависимости от формы обкладок конденсаторы делятся на плоские (2 плоские пластины), цилиндрические (2 коаксиальных цилиндра) и сферические (2 концентрические сферы). Емкость конденсатора определяется как отношение заряда конденсатора к разности потенциалов между его обкладками. C=Q/=Q/U.

W₁₂=(q₁q₂)/4πεε₀r.

Рассмотрим теперь заряженный проводник, чтобы увеличить заряд проводника на dq надо переместить этот заряд из бесконечности на проводник и совершить при этом работу, против сил электрического поля проводника:

d A=dq(φ-φ∞) , φ∞=0, dA=dqφ , dA=Cφdφ. Эта работа идет на увеличение энергии проводника, dA=dW, dW=Cφdφ, W=Cφ²/2+const.

Рассмотрим энергию заряженного конденсатора, пусть малый заряд dq проходит между обкладками конденсатора тогда работа по перемещению заряда dq/dA=Udq. Т.к. q=CU , dq=CdU , dA=CUdU-это работа по перемещению заряда , W=CU²/2=U²/2C=qu/2. Если свободные заряды распределены непрерывно по объёму с объёмной плотностью и по поверхности заряженных проводников с поверхностной плотностью, то энергия такой системы имеет вид:

10. Энергия электрического поля.

При заряде конденсатора энергия, полученная от источника питания, частично выделяется в виде тепла на сопротивлении R, другая её часть запасается в виде энергии электрического поля в конденсаторе. Заряд конденсатора растёт пропорционально напряжению, поэтому: Q = CU

Работа, проделанная в электрическом поле, равна произведению величины заряда на напряжение: A = QU

В процессе зарядки заряд конденсатора меняется от 0 до напряжения источника питания. Среднее напряжение во время заряда тогда равняется U/2.

We = A = Q∙(U/2), т.к. Q = CU, то энергия электрического поля We = CU²/2.

We – энергия электрического поля в джоулях (Дж, J) или в ваттсекундах (Втсек, Ws);

C – ёмкость в фарадах (Ф, F); U – напряжение в вольтах (В, V). Такая же по величине энергия превращается в тепло: Wa = W – We = QU – (QU/2) = QU/2 = CU²/2. Пример. Какая энергия запасена в электрическом поле конденсатора ёмкостью 100мкФ при напряжении 20В?

We = CU²/2 = (100∙∙20²)/2 = ∙2∙10² = 0.02Втсек = 20мВтсек.

11. Электрический ток. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление проводников.

Электри́ческий ток — упорядоченное нескомпенсированное движение свободных электрически заряженных частиц, например, под воздействием электрического поля. Такими частицами могут являться: в проводниках — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в газах - ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях - электроны, в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость). Постоянный ток — ток, направление и величина которого слабо меняется во времени. Переменный ток — это ток, направление и величина которого меняется во времени. Силой тока называется физическая величина, равная отношению количества заряда, прошедшего за некоторое время через поперечное сечение проводника, к величине этого промежутка времени. Сила тока в системе СИ измеряется в Амперах. По закону Ома сила тока I для участка цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению U к участку цепи и обратно пропорциональна сопротивлению R проводника этого участка цепи : Закон Ома для участка цепи сила тока в проводнике пропорциональна напряжению на его концах и обратно пропорциональна сопротивлению проводника:

Электри́ческое сопротивле́ние — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему.