După cum sa menționat mai sus, potențialul câmpului electric al unui conductor încărcat are aceeași valoare în toate punctele conductorului. Dacă luăm potențialul acestui câmp electric la infinit să fie zero, atunci între sarcina unui conductor situat suficient de departe de alți conductori și potențialul său există o relație liniară
unde coeficientul de proporționalitate, în funcție de caracteristicile geometrice ale conductorului și de proprietățile mediului, se numește capacitatea unui conductor solitar.
În cazul unei bile conductoare de rază în vid, capacitatea sa
Dacă Pământul este considerat o minge conductivă cu o rază, atunci capacitatea sa va fi egală. Experiența arată că datorită activității de furtună Pământul are o încărcătură negativă
, care creează în apropierea ei un câmp electric constant
. Datorită conductivității corpului său, o persoană nu simte acest câmp, deoarece domeniul încărcăturilor induse compensează complet câmpul electric al Pământului în toate punctele corpului. Atmosfera Pământului în ansamblu are o încărcătură pozitivă, iar diferența de potențial dintre straturile superioare ale atmosferei și suprafața Pământului atinge.
Dacă luăm doi conductori și unul este încărcat cu o sarcină pozitivă, iar celălalt cu o sarcină negativă, atunci diferența potențială a acestor conductori este legată de sarcină printr-o relație liniară
unde C este capacitatea unui sistem de conductor dat, numit condensator. V este tensiunea pe condensator.
Capacitatea condensatorului depinde de geometria conductorilor, numită plăcile de condensatoare și caracteristicile mediului între aceste plăci. Să dăm formule care descriu capacitatea principalelor tipuri de condensatoare pentru cazul în care se creează un vid între plăcile lor.Un condensator plat de două plăci metalice plate, cu o zonă paralelă una cu alta la distanță,
Condensator sferic al a două sfere concentrice metalice cu raze și
Conductorul cilindric al două cilindri coaxiali circulari de înălțime cu raze și
Dacă spațiul dintre plăcile de condensatoare este umplut cu un dielectric cu o permitivitate relativă, atunci capacitatea acestuia
Astfel, capacitatea condensatorului poate fi mărită prin creșterea suprafeței plăcii și a permitivității relative a mediului, precum și prin reducerea distanței dintre plăci.
Energia unui condensator încărcat este egală cu forța de forță care are loc atunci când încărcăturile sunt separate prin semne opuse în timpul procesului de încărcare. Să presupunem că o încărcătură infinitezimală se deplasează de pe o placă de condensator cu încărcare negativă, cu potențial la o placă încărcată pozitiv. Cu o deplasare infinit de lentă a unei astfel de sarcini, munca făcută de o forță externă,
unde este sarcina condensatorului și C este capacitatea condensatorului.
Operarea completă a forței externe la încărcarea condensatorului
unde - sarcina finală a condensatorului și - tensiunea finală a condensatorului. Prin definiție, energia unui condensator încărcat
În formula (4.14), purtătorii de sarcină ai condensatorului încărcat sunt sarcini pe plăcuțele condensatoarelor, care corespund teoriei pe distanțe lungi. În această teorie, energia unui condensator încărcat este energia potențială a interacțiunii încărcărilor, egală cu munca unei forțe externe în separarea spațială a sarcinilor cu semne opuse.
Conform teoriei interacțiunii cu rază scurtă de acțiune, suportul energetic al unui condensator încărcat este câmpul electric distribuit între plăcile condensatoarelor. Pentru a da formula (4.14) pentru o nouă interpretare fizică, o rescriim pentru cazul particular al unui condensator plat, după cum urmează
unde este volumul zonei dintre plăcile de condensatoare și
- densitatea energetică a câmpului electric într-un vid. având dimensiune.
Conform teoriei interacțiunii cu rază scurtă de acțiune, energia unui condensator de aer încărcat arbitrar este descrisă prin formula
unde integrarea se realizează în regiune între plăcile de condensatoare. Câmpul din afara condensatorului este considerat zero.
În concluzie, observăm că băncile de condensatori sunt folosite pentru a obține impulsuri puternice de curent
unde - sarcina acumulată de baterie și - timpul de descărcare caracteristică a bateriei prin capacitate prin circuitul de rezistență. Condensatorul este un element funcțional integrat, deoarece tensiunea acestuia
este proporțională cu integrala de timp a curentului care trece prin condensator. În cele din urmă, condensatorii au găsit o aplicație largă pentru crearea de sisteme de oscilații electrice, un exemplu al cărui circuit oscilator este bine cunoscut, constând dintr-un condensator și un inductor.
Trimiteți-le prietenilor: