15.4 Электрическая емкость. Энергия электрического поля
Электрической емкостью обладают все вещества. Она характеризует их способность накапливать электрический заряд, и определяется отношением величины заряда тела к его потенциалу
. (19)
Измеряется емкость в фарадах (Ф). Это большая величина, поэтому применяются дольные единицы мкФ, нФ, пФ.
Электрическая емкость зависит от формы, размеров, расположения проводников (или других материалов) и электрических свойств среды, где они находятся.
Так емкость уединенного шара равна
. (20)
В вакууме С = 4πε0r. Емкость в 1Ф обладает шар, радиус которого примерно в 1000 раз больше радиуса Земли (6400км).
Система с однородным полем – плоский конденсатор (две параллельные платины, разделенные диэлектриком) имеет емкость
. (21)
Электрическое поле обладает энергией.
Действительно емкость плоского конденсатора равна отношению
; 
.
Так как
,
то
;
Отсюда
.
Работа равна изменению энергии, поэтому
. (22)
Или, учитывая что ,
Имеем также
. (23)
Конденсаторы обладают значительной емкостью. Они могут соединяться в батареи параллельно или последовательно (рис.54).
Рисунок 54
При параллельном соединении общая емкость равна сумме емкостей всех конденсаторов. Напряжение на них одинаково, а заряды разные.
При последовательном соединении величина обратная общей емкости равна сумме обратных величин емкости каждого конденсатора. Заряд на всех конденсаторах одинаков, а напряжение разное.
Статическое электрическое поле часто встречается как в быту, так и в производстве. Иногда оно приводит к производственным катастрофам – взрывы газопроводов и нефтепроводов в результате статических разрядов. Источниками постоянного электрического поля являются высоковольтные линии электропередач постоянного тока, контактная электризация различных тел, грозовые облака, некоторые технологические процессы.
Вопросы для самоконтроля
Элементарный электрический заряд и единица его измерения.
Каково значение и размерность электрической постоянной?
Что называется напряженностью и потенциалом электрического поля?
Что называется потоком вектора напряженности электрического поля?
Каким образом могут быть определены напряженность и потенциал поля в любой точке пространства, образованного точечным зарядом?
Каков физический смысл относительной диэлектрической проницаемости?
В чем сущность теоремы Ирншоу?
В чем отличие распределения электрического поля в проводниках и диэлектриках?
Каким образом связаны вектор электрической индукции и вектор напряженности электрического поля?
Список литературы Основная
1. Грабовский Р.И. Курс физики / Р. И. Грабовский. – СПб.; Издательство «Лань», 2002.-608 с.
2. Пронин В.П. Краткий курс физики / В.П. Пронин. – Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2007 г. – 200 с.
3. Трофимова Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М.: «Высшая школа». 2003 г. – 350с.