Konduktor adalah benda yang muatan listriknya mampu bergerak di bawah pengaruh gaya lemah apa pun. medan elektrostatis.
Akibatnya, muatan yang diberikan ke konduktor akan didistribusikan kembali hingga tegangan berada di titik mana pun di dalam konduktor Medan listrik tidak akan sama dengan nol.
Jadi, kuat medan listrik di dalam konduktor harus sama dengan nol.
Karena , maka φ=konstanta
Potensial di dalam konduktor harus konstan.
2.) Pada permukaan konduktor bermuatan, vektor tegangan E harus diarahkan normal terhadap permukaan ini, jika tidak, di bawah pengaruh komponen yang bersinggungan dengan permukaan (E t). muatan akan bergerak sepanjang permukaan konduktor.
Jadi, disediakan distribusi statis tegangan muatan di permukaan
di mana E n adalah komponen tegangan normal.
Ini menyiratkan, 
bahwa ketika muatan-muatan berada dalam kesetimbangan, permukaan konduktor adalah ekuipotensial.
3. Pada konduktor bermuatan, muatan tak terkompensasi hanya terletak pada permukaan konduktor.
Mari kita menggambar permukaan tertutup S yang berubah-ubah di dalam konduktor, membatasi volume internal tertentu dari konduktor. Menurut teorema Gauss, muatan total volume ini sama dengan:
Jadi, dalam keadaan setimbang tidak ada muatan berlebih di dalam konduktor. Oleh karena itu, jika kita mengeluarkan suatu zat dari volume tertentu yang dimasukkan ke dalam suatu konduktor, hal ini sama sekali tidak akan mempengaruhi susunan kesetimbangan muatan. Jadi, kelebihan muatan didistribusikan pada konduktor berongga dengan cara yang sama seperti pada konduktor padat, yaitu. sepanjang permukaan luarnya. Muatan berlebih tidak dapat ditempatkan pada permukaan bagian dalam. Hal ini juga mengikuti fakta bahwa muatan sejenis tolak menolak dan, oleh karena itu, cenderung terletak pada jarak yang paling jauh satu sama lain.
Menyelidiki besarnya kuat medan listrik di dekat permukaan benda bermuatan berbagai bentuk Seseorang juga dapat menilai distribusi muatan di permukaan.
Penelitian telah menunjukkan bahwa kerapatan muatan pada potensial konduktor tertentu ditentukan oleh kelengkungan permukaan - kerapatan tersebut meningkat seiring dengan meningkatnya kelengkungan positif (konveksitas) dan menurun dengan meningkatnya kelengkungan negatif (cekung). Kepadatan pada ujungnya sangat tinggi. Kekuatan medan di dekat ujung bisa sangat tinggi sehingga terjadi ionisasi molekul gas di sekitarnya. Dalam hal ini, muatan konduktor berkurang; tampaknya mengalir keluar dari ujungnya.
Jika Anda menempatkan muatan listrik pada permukaan bagian dalam konduktor berongga, muatan ini akan berpindah ke permukaan luar konduktor, meningkatkan potensi yang terakhir. Dengan mengulangi transfer berulang kali ke konduktor berongga, potensinya dapat ditingkatkan secara signifikan hingga nilai yang dibatasi oleh fenomena muatan yang mengalir keluar dari konduktor. Prinsip ini digunakan oleh Van der Graaff untuk membangun generator elektrostatis. Dalam perangkat ini, muatan dari mesin elektrostatis ditransfer ke pita non-konduktif tak berujung, membawanya ke dalam bola logam besar. Di sana muatan dihilangkan dan dipindahkan ke permukaan luar konduktor, sehingga dimungkinkan untuk secara bertahap memberikan muatan yang sangat besar ke bola dan mencapai perbedaan potensial beberapa juta volt.
Konduktor dalam medan listrik eksternal.
Tidak hanya muatan yang dibawa dari luar, tetapi muatan-muatan penyusun atom dan molekul penghantar (elektron dan ion) juga dapat bergerak bebas di dalam penghantar. Oleh karena itu, ketika menempatkan konduktor tak bermuatan di luar Medan listrik muatan bebas akan bergerak menuju permukaannya, muatan positif sepanjang medan, dan muatan negatif melawan medan. Akibatnya timbul muatan-muatan yang berlawanan tanda di ujung-ujung penghantar, disebut biaya yang diinduksi. Fenomena ini, yang terdiri dari elektrifikasi suatu konduktor tak bermuatan dalam medan elektrostatik eksternal dengan membagi muatan listrik positif dan negatif yang sudah ada di dalamnya dalam jumlah yang sama pada konduktor ini, disebut elektrifikasi melalui pengaruh atau induksi elektrostatik .
 |
Pergerakan muatan dalam suatu konduktor yang ditempatkan pada medan listrik luar E 0 akan terjadi sampai medan tambahan E tambahan yang ditimbulkan oleh muatan induksi mengkompensasi medan luar E 0 di semua titik di dalam konduktor dan medan yang dihasilkan E di dalam konduktor menjadi sama. ke nol.
Total medan E di dekat konduktor akan sangat berbeda dari nilai awalnya E 0 . Garis E akan tegak lurus terhadap permukaan konduktor dan sebagian akan berakhir pada muatan negatif yang diinduksi dan dimulai lagi pada muatan positif yang diinduksi.
Muatan yang diinduksikan pada suatu konduktor akan hilang jika konduktor tersebut dihilangkan dari medan listrik. Jika Anda terlebih dahulu mengalihkan muatan induksi dari satu tanda ke konduktor lain (misalnya, ke dalam tanah) dan mematikan konduktor tersebut, maka konduktor pertama akan tetap bermuatan listrik dengan tanda yang berlawanan.
Tidak adanya medan di dalam konduktor yang ditempatkan dalam medan listrik banyak digunakan dalam teknologi perlindungan elektrostatik dari medan listrik eksternal (pelindung) berbagai perangkat dan kabel listrik. Ketika mereka ingin melindungi perangkat dari medan eksternal, perangkat tersebut dikelilingi oleh wadah konduktif (layar). Layar seperti itu juga berfungsi dengan baik jika dibuat tidak kontinu, tetapi dalam bentuk jaring yang padat.
Model muatan fisik yang ideal dalam elektrostatika adalah muatan titik.
Titik Muatan adalah muatan yang terkonsentrasi pada suatu benda, yang dimensinya dapat diabaikan dibandingkan dengan jarak ke benda lain atau ke titik medan yang bersangkutan. Dengan kata lain, muatan titik adalah poin materi, yang bermuatan listrik.
Jika benda bermuatan terlalu besar sehingga tidak dapat dianggap sebagai muatan titik, maka dalam hal ini perlu diketahui distribusi muatan di dalam tubuh.
Mari kita pilih volume kecil di dalam benda bermuatan dan dilambangkan dengan muatan listrik yang terletak di volume ini. Batas perbandingan bila volumenya mengecil tanpa batas disebut kerapatan volumetrik muatan listrik pada suatu titik tertentu. Dilambangkan dengan surat:
Satuan SI untuk rapat muatan volumetrik adalah coulomb per meter kubik(C/m 3).
Dalam kasus benda yang bermuatan tidak merata, massa jenisnya berbeda di berbagai titik. Distribusi muatan dalam volume benda ditentukan jika dikenal sebagai fungsi koordinat.
Dalam benda logam, muatan hanya didistribusikan dalam lapisan tipis yang berdekatan dengan permukaan. Dalam hal ini akan lebih mudah untuk digunakan kepadatan muatan permukaan, yang mewakili batas rasio muatan terhadap luas permukaan tempat muatan ini didistribusikan:
dimana muatan tersebut terletak pada luas permukaan.
Oleh karena itu, kerapatan muatan permukaan diukur dengan muatan per satuan luas permukaan benda. Distribusi muatan di permukaan dijelaskan oleh ketergantungan kepadatan permukaan (x, y, z) pada koordinat titik-titik permukaan.
Satuan SI untuk kerapatan muatan permukaan adalah coulomb per meter persegi(C/m2).
Dalam hal benda bermuatan berbentuk seperti benang (diameter persilangan benda jauh lebih kecil dari panjangnya, akan lebih mudah untuk menggunakan kerapatan muatan linier
di mana letak muatan di sepanjang benda.
Satuan SI untuk kerapatan muatan linier adalah coulomb per meter (C/m).
Jika distribusi muatan di dalam suatu benda diketahui, maka kekuatan medan elektrostatis yang ditimbulkan oleh benda tersebut dapat dihitung. Untuk melakukan ini, benda bermuatan secara mental dibagi menjadi bagian-bagian yang sangat kecil dan, dengan menganggapnya sebagai muatan titik, kekuatan medan yang diciptakan oleh di bagian terpisah tubuh. Kekuatan medan total kemudian ditemukan dengan menjumlahkan medan yang diciptakan oleh masing-masing bagian tubuh, yaitu.
Kita telah melihat bahwa permukaan suatu konduktor, baik netral maupun bermuatan, merupakan permukaan ekuipotensial (§ 24) dan di dalam konduktor kuat medannya nol (§ 16). Hal yang sama berlaku untuk konduktor berongga: permukaannya adalah permukaan ekuipotensial dan medan di dalam rongga adalah nol, tidak peduli seberapa kuat muatan konduktor tersebut, kecuali, tentu saja, di dalam rongga tidak ada benda bermuatan yang diisolasi dari konduktor.
Kesimpulan ini jelas ditunjukkan oleh fisikawan Inggris Michael Faraday (1791-1861), yang memperkaya ilmu pengetahuan dengan sejumlah penemuan besar. Pengalamannya adalah sebagai berikut. Sebuah sangkar kayu besar ditutupi dengan lembaran staniol (kertas timah), diisolasi dari tanah dan diisi dengan muatan tinggi mesin listrik. Faraday sendiri ditempatkan di dalam sangkar dengan elektroskop yang sangat sensitif. Terlepas dari kenyataan bahwa percikan api terbang dari permukaan luar sel ketika benda-benda yang terhubung ke Bumi mendekatinya, menunjukkan perbedaan potensial yang besar antara sel dan Bumi, elektroskop di dalam sel tidak menunjukkan adanya penyimpangan (Gbr. 53).
Beras. 53. Eksperimen Faraday
Modifikasi percobaan ini ditunjukkan pada Gambar. 54. Jika kita membuat rongga tertutup dari jaring logam dan menggantungkan potongan kertas di bagian dalam dan luar rongga, kita akan menemukan bahwa hanya lembaran luar yang dibelokkan. Hal ini menunjukkan bahwa medan listrik hanya ada di ruang antara sel dan benda di sekitarnya, yaitu di luar sel; Tidak ada bidang di dalam sel.
Beras. 54. Modifikasi percobaan Faraday. Sangkar logam terisi daya. Potongan kertas di bagian luar dibelokkan, menandakan adanya muatan pada permukaan luar dinding sangkar. Tidak ada muatan di dalam sel, potongan kertas tidak menyimpang
Ketika suatu konduktor diisi, muatan-muatan di dalamnya didistribusikan sehingga medan listrik di dalamnya menghilang, dan beda potensial antara titik mana pun menjadi nol. Mari kita lihat bagaimana biaya harus dikenakan untuk ini.
Mari kita mengisi daya sebuah konduktor berongga, misalnya bola berinsulasi berongga 1 (Gbr. 55), yang memiliki lubang kecil. Mari kita ambil pelat logam kecil 2 yang dipasang pada pegangan insulasi (“pelat uji”), sentuhkan ke suatu tempat di permukaan luar bola dan kemudian sentuhkan dengan elektroskop. Lembaran elektroskop akan menyimpang pada sudut tertentu, menunjukkan bahwa pelat uji telah terisi daya saat bersentuhan dengan bola. Namun, jika kita menyentuh permukaan bagian dalam bola dengan pelat uji, pelat tersebut akan tetap tidak bermuatan, tidak peduli seberapa kuat muatannya. Muatan hanya dapat ditarik dari permukaan luar konduktor, tetapi hal ini ternyata tidak mungkin dilakukan dari permukaan dalam. Selain itu, jika kita mengisi terlebih dahulu pelat uji dan menyentuhkannya ke permukaan bagian dalam konduktor, maka semua muatan akan berpindah ke konduktor ini. Hal ini terjadi terlepas dari muatan apa yang sudah ada pada konduktor. Dalam § 19 kami menjelaskan fenomena ini secara rinci. Jadi, dalam keadaan setimbang, muatan hanya didistribusikan pada permukaan luar konduktor. Tentu saja, jika kita mengulangi percobaan yang digambarkan pada Gambar. 45, menyentuh konduktor dengan ujung kawat yang menuju ke elektrometer, Anda akan yakin bahwa seluruh permukaan konduktor, baik eksternal maupun internal, adalah permukaan potensial yang sama: distribusi muatan pada permukaan luar dari konduktor adalah hasil aksi medan listrik. Hanya ketika seluruh muatan ditransfer ke permukaan konduktor maka keseimbangan akan tercapai, yaitu, di dalam konduktor kekuatan medan akan menjadi nol dan semua titik konduktor (permukaan luar, permukaan dalam dan titik-titik pada ketebalan logam) akan mempunyai potensi yang sama.
Beras. 55. Studi distribusi muatan pada konduktor 1 menggunakan pelat uji 2. Tidak ada muatan di dalam rongga konduktor
Dengan demikian, permukaan penghantar sepenuhnya melindungi area di sekitarnya dari aksi medan listrik yang diciptakan oleh muatan yang terletak di atau di luar permukaan tersebut. Garis-garis medan luar berakhir pada permukaan ini; garis-garis tersebut tidak dapat melewati lapisan penghantar, dan rongga dalam bebas dari medan. Oleh karena itu seperti itu permukaan logam disebut proteksi elektrostatis. Menarik untuk dicatat bahwa bahkan permukaan yang terbuat dari jaring logam dapat berfungsi sebagai pelindung, asalkan jaring tersebut cukup tebal.
31.1. Ada muatan di tengah bola logam berongga dan terisolasi. Akankah beban bermuatan yang digantung pada benang sutra dan ditempatkan di luar bola akan dibelokkan? Analisis secara detail apa yang terjadi. Apa yang terjadi jika bola di-ground?
31.2. Mengapa gudang mesiu dikelilingi oleh jaring logam yang dibumikan untuk melindunginya dari sambaran petir? Mengapa dibawa ke gedung seperti itu pipa air juga harus beralasan?
Fakta bahwa muatan didistribusikan pada permukaan luar suatu konduktor sering digunakan dalam praktik. Ketika mereka ingin mentransfer sepenuhnya muatan suatu konduktor ke elektroskop (atau elektrometer), maka rongga logam tertutup dihubungkan ke elektroskop, jika memungkinkan, dan konduktor bermuatan dimasukkan ke dalam rongga ini. Konduktor benar-benar habis, dan seluruh muatannya ditransfer ke elektroskop. Alat ini disebut “silinder Faraday” untuk menghormati Faraday, karena dalam praktiknya rongga ini paling sering dibuat dalam bentuk silinder logam. Kita telah menggunakan sifat silinder Faraday (kaca) ini dalam percobaan yang ditunjukkan pada Gambar. 9, dan menjelaskannya secara rinci di § 19.
Van de Graaff mengusulkan penggunaan sifat cangkir Faraday untuk memperoleh tegangan yang sangat tinggi. Prinsip operasi generatornya ditunjukkan pada Gambar. 56. Pita tak berujung 1 yang terbuat dari bahan isolasi, misalnya sutra, digerakkan dengan bantuan motor pada dua rol dan salah satu ujungnya masuk ke dalam bola logam berongga 2 yang diisolasi dari tanah.Di luar bola, pita itu diisi daya dengan sikat 3 oleh beberapa sumber , misalnya baterai atau mesin listrik 4, hingga tegangan 30-50 kV relatif terhadap Bumi, jika kutub kedua baterai atau mesin dibumikan. Di dalam bola, 2 bagian pita bermuatan menyentuh sikat 5 dan memindahkan muatannya sepenuhnya ke bola, yang segera didistribusikan kembali ke permukaan luar bola. Berkat ini, tidak ada yang menghalangi transfer muatan secara terus menerus ke bola. Tegangan antara bola 2 dan Bumi terus meningkat. Dengan cara ini, tegangan beberapa juta volt dapat diperoleh. Mesin serupa digunakan dalam percobaan pemisahan inti atom.
Beras. 56. Prinsip generator Van de Graaff
31.3. Bisakah generator Van de Graaff yang dijelaskan di atas berfungsi jika bola terbuat dari bahan isolasi atau jika ban berjalan di dalamnya bersifat konduktif (logam)?
Salah satu masalah umum elektrostatika adalah menentukan medan listrik atau potensial distribusi muatan permukaan tertentu. Teorema Gauss (1.11) memungkinkan kita untuk segera menulis beberapa hubungan tertentu untuk medan listrik. Jika pada permukaan S dengan satuan normal muatan terdistribusi dengan massa jenis permukaan , dan medan listrik pada kedua sisi permukaan masing-masing sama (Gbr. 1.4), maka menurut teorema Gauss,
Hubungan ini belum menentukan medan itu sendiri, satu-satunya pengecualian adalah kasus-kasus ketika tidak ada sumber medan lain selain muatan permukaan yang mempunyai kepadatan dan distribusinya mempunyai bentuk yang sangat sederhana. Hubungan (1.22) hanya menunjukkan bahwa ketika berpindah dari sisi “dalam” permukaan tempat muatan permukaan a berada, ke sisi “luar”, komponen normal medan listrik mengalami lompatan.
Menggunakan relasi (1.21) untuk integral linier E over lingkaran tertutup, dapat ditunjukkan bahwa komponen tangensial medan listrik bersifat kontinu ketika melewati permukaan.
Ara. 1.4. Lompatan komponen normal medan listrik ketika melintasi permukaan distribusi muatan.
Ekspresi umum untuk potensi yang diciptakan oleh distribusi muatan permukaan pada titik sembarang dalam ruang (termasuk pada permukaan S tempat muatan berada) dapat ditemukan dari (1.17), diganti dengan
Ekspresi medan listrik dapat diperoleh dari sini melalui diferensiasi.
Yang juga menarik adalah masalah potensi yang diciptakan oleh lapisan ganda, yaitu distribusi dipol di permukaan
Ara. 1.5. Transisi ke batas selama pembentukan lapisan ganda.
Lapisan ganda dapat dibayangkan sebagai berikut: misalkan muatan terletak pada permukaan S dengan massa jenis tertentu , dan pada permukaan S yang dekat dengan S, massa jenis permukaan pada titik-titik yang bersesuaian (berdekatan) adalah , yaitu sama nilainya dan berlawanan dalam tanda (Gbr. 1.5). Lapisan ganda, yaitu distribusi dipol dengan momen per satuan permukaan
ternyata merupakan transisi pembatas, di mana S mendekati jarak tak terhingga ke S, dan kerapatan permukaan cenderung tak terhingga sehingga hasil kali jarak antara titik yang bersesuaian cenderung ke batas
Momen dipol lapisan tegak lurus permukaan S dan arahnya dari muatan negatif ke muatan positif.
Untuk menemukan potensi yang diciptakan oleh lapisan ganda, pertama-tama kita dapat mempertimbangkan masing-masing dipol dan kemudian beralih ke distribusi dipol di permukaan. Hasil yang sama dapat dicapai jika kita mulai dari potensi (1,23) distribusi muatan permukaan dan kemudian melakukan lintasan hingga batas yang dijelaskan di atas. Metode penghitungan yang pertama mungkin lebih sederhana, namun metode kedua merupakan latihan yang berguna dalam analisis vektor, jadi kami lebih memilih metode kedua di sini.
Ara. 1.6. Geometri lapisan ganda.
Biarkan vektor normal satuan diarahkan dari S ke S (Gbr. 1.6). Maka potensial yang disebabkan oleh dua permukaan yang berdekatan S dan S adalah sama
Untuk d kecil kita dapat memperluas ekspresi menjadi rangkaian. Mari kita perhatikan ekspresi umum di mana Dalam kasus ini
Jelas sekali, ini hanyalah perluasan deret Taylor dalam kasus tiga dimensi. Jadi, melewati batas (1,24), kita memperoleh ekspresi potensial
Relasi (1.25) dapat diinterpretasikan dengan sangat sederhana secara geometris. perhatikan itu
dimana adalah elemen sudut padat dimana elemen luas terlihat dari titik pengamatan (Gbr. 1.7). Nilainya positif jika sudutnya lancip, yaitu sisi “dalam” dari lapisan ganda terlihat dari titik pengamatan.
Ara. 1.7. Menuju kesimpulan dari potensi lapisan ganda. Potensial di titik P, yang ditimbulkan oleh elemen luas lapisan ganda dengan satuan momen permukaan D, sama dengan hasil kali momen D yang diambil dengan tanda berlawanan dan sudut padat di mana elemen luas dari titik P terlihat. .
Ekspresi potensial lapisan ganda dapat ditulis sebagai
Jika kerapatan permukaan momen dipol D adalah konstan, maka potensialnya sama dengan hasil kali momen dipol yang diambil dengan tanda berlawanan dan sudut padat di mana seluruh permukaan terlihat dari titik pengamatan, apapun bentuknya. .
Saat melintasi lapisan ganda, potensial mengalami lompatan yang sama dengan kali rapat momen dipol permukaan. Hal ini mudah untuk diverifikasi jika kita mempertimbangkan sebuah titik pengamatan yang mendekati sangat dekat dengan permukaan S c di dalam. Kemudian menurut (1.26), potensi pada internal
sisinya akan sama
karena hampir seluruh sudut padat bertumpu pada sebagian kecil permukaan S dekat titik pengamatan. Demikian pula jika Anda mendekati permukaan S dari di luar, maka potensinya menjadi sama
tandanya terbalik karena adanya perubahan tanda sudut padat. Jadi, potensi lompatan ketika melintasi lapisan ganda adalah sama dengan
Hubungan ini analog dengan rumus (1.22) untuk lompatan komponen normal medan listrik ketika melintasi lapisan “sederhana”, yaitu distribusi muatan permukaan. Hubungan (1.27) secara fisik dapat diartikan sebagai penurunan potensi “di dalam” lapisan ganda. Potensi penurunan ini dapat dihitung (sebelum mencapai batasnya) sebagai hasil kali kuat medan antara kedua lapisan yang membawa muatan permukaan dan jarak di antara keduanya.
Mari kita tunjukkan itu ~
Topik 4. Pertanyaan 3.
Distribusi muatan dalam konduktor.
Konduktor dalam medan elektrostatis.
Ketika konduktor tak bermuatan dimasukkan ke dalam medan elektrostatik eksternal, muatan muncul di permukaannya. Fenomena redistribusi muatan dalam suatu konduktor ketika dimasukkan ke dalam medan elektrostatik eksternal disebut induksi elektrostatis ( induksi muatan, elektrifikasi dengan induksi).
1) Jika konduktor logam tak bermuatan dari dua bagian yang bersentuhan dimasukkan ke dalam medan, muatan induksi akan muncul di permukaannya. Jika bagian-bagian tersebut dipisahkan dengan menggunakan pegangan penyekat, maka setiap bagian akan diisi dengan muatan yang sesuai (lihat gambar). Dalam hal ini, kuat medan di dalam konduktor selalu nol.
2) Konduktor tak bermuatan yang dimasukkan ke dalam medan elektrostatis mendistorsi medan (lihat Gambar - garis dengan panah - saluran listrik luar lapangan seragam; garis yang tegak lurus terhadapnya adalah permukaan ekuipotensial; ± - biaya yang diinduksi ditunjukkan).
3) Besarnya muatan induksi selalu lebih kecil dari besarnya muatan induksi. Hanya jika muatan induksi terletak di dalam rongga logam, muatan induksi ternyata besarnya sama, tetapi pada saat yang sama kerapatan muatan permukaannya berbeda. Pada gambar: sebuah muatan titik dikelilingi oleh benda logam berongga yang tidak bermuatan. Permukaan dalam dan luarnya berbentuk bola, tetapi pusatnya bergeser. Muatan yang diinduksi didistribusikan secara merata pada permukaan luar, tetapi secara kompleks pada permukaan dalam.
4) Muatan yang diinduksi mempengaruhi medan listrik dari muatan yang diinduksi.
5). Muatan yang diinduksi juga terjadi pada benda yang sudah terisi. Jika ada dua muatan positif berdekatan + Q dan + Q, mereka harus mendorong. Namun muatan negatif yang terinduksi pada salah satu muatan mungkin lebih besar dari muatannya sendiri, dan muatan-muatan tersebut akan saling tarik menarik.
Perlindungan elektrostatik: Konduktor atau cukup tebal jaringan logam, mengelilingi area tertentu di semua sisi, melindunginya dari medan listrik yang ditimbulkan oleh muatan eksternal.
Topik 5. Pertanyaan 1.
Kapasitas listrik.
Semua konduktor memiliki sifat mengumpulkan muatan listrik. Properti ini disebut kapasitansi listrik. Karakteristik kuantitatif dari sifat ini disebut juga kapasitas listrik dan dilambangkan DENGAN. Perbedaan dibuat antara kapasitansi listrik dari suatu konduktor tunggal (kapasitansinya sendiri), yang terletak jauh dari konduktor lain, dan kapasitansi timbal balik dari suatu sistem dua atau lebih konduktor.
Farad, satuan SI untuk kapasitansi, adalah satuan yang sangat besar. Jadi, kapasitas globe kira-kira 7 × 10 - 4 F, jadi biasanya digunakan mikro, nano, dan pikofarad.
Kapasitansi intrinsik hanya bergantung pada bentuk dan ukuran konduktor serta sifat dielektriknya lingkungan(vakum, udara, minyak tanah,...) dan tidak bergantung pada bahan konduktor (Fe, Cu, Al,...), maupun bermuatan atau tidak. Setiap konduktor terisolasi mempunyai kapasitansinya sendiri; jika, misalnya, Anda membengkokkan seutas kawat atau membuat penyok pada bola, kapasitansinya akan berubah.
Menghitung kapasitansi adalah masalah matematika yang kompleks, dan jika konduktor memiliki konfigurasi yang kompleks, maka masalah ini tidak dapat diselesaikan secara analitis.
Mari kita hitung kapasitas listrik bola soliter (bola).
Topik 5. Pertanyaan 2.
Kapasitas listrik.
Mari kita hitung kapasitansi kapasitor pelat paralel– ini adalah dua pelat logam sejajar (pelat) ukuran yang sama, dipisahkan oleh lapisan dielektrik (vakum, udara, dll). Jika jarak antar pelat cukup jauh ukuran yang lebih kecil piring: D<<aku, h, bidang antar pelat dapat dianggap seragam. Faktanya, di dekat tepi pelat, medannya tidak homogen (lihat gambar yang menunjukkan setengah dari kapasitor datar, garis dengan panah adalah garis gaya, tanpa panah adalah permukaan ekuipotensial). Sulit untuk memperhitungkan efek samping ini.
Topik 5. Pertanyaan 3.
Kapasitas listrik.
Kapasitansi timbal balik juga bergantung pada bentuk dan ukuran konduktor dan, di samping itu, pada posisi relatifnya. Suatu sistem yang terdiri dari dua konduktor disebut kapasitor bila jarak antara keduanya cukup kecil sehingga medan listrik (ketika keduanya bermuatan) terkonsentrasi terutama di antara konduktor. Konduktor itu sendiri disebut pelat. Kapasitas sistem seperti itu dapat dihitung untuk pelat dengan bentuk sederhana: datar, bulat, dan silinder (tanpa memperhitungkan efek tepi).
Kapasitor silinder. Ini adalah dua silinder logam koaksial, dengan dielektrik (vakum, udara, dll.) di antaranya. Panjang lapisan silinder aku, jari-jari R Dan R(Lihat gambar). Jika Anda memberi muatan pada lapisan dalam + Q, muatan diinduksi pada pelat luar - Q dan + Q, muatan positif dari permukaan luar lapisan luar dipindahkan ke tanah. Medan kapasitor terutama terkonsentrasi di antara pelat jika jarak antara keduanya ( R-R) << aku. Kami tidak memperhitungkan efek samping.
Topik 5. Pertanyaan 4.
Kapasitas listrik.
Kapasitansi timbal balik juga bergantung pada bentuk dan ukuran konduktor dan, di samping itu, pada posisi relatifnya. Suatu sistem yang terdiri dari dua konduktor disebut kapasitor bila jarak antara keduanya cukup kecil sehingga medan listrik (ketika keduanya bermuatan) terkonsentrasi terutama di antara konduktor. Konduktor itu sendiri disebut pelat. Kapasitas sistem seperti itu dapat dihitung untuk pelat dengan bentuk sederhana: datar, bulat, dan silinder (tanpa memperhitungkan efek tepi)
Kapasitor berbentuk bola. Ini adalah dua bola konsentris logam yang dipisahkan oleh lapisan dielektrik berbentuk bola. Jika lapisan dalam bermuatan + Q, sebuah muatan diinduksi pada permukaan bagian dalam pelat luar - Q, dan di permukaan luarnya + Q. Muatan ini dibuang ke dalam tanah karena pentanahan (lihat gambar). Bidang kapasitor tersebut terkonsentrasi hanya di antara pelat.
Topik 5. Pertanyaan 5.
Kapasitas listrik.
Koneksi kapasitor.
Kapasitor dapat dihubungkan secara paralel atau seri, atau dengan cara campuran: ada yang paralel, ada yang seri. Dengan koneksi paralel, kapasitas sistem meningkat dan menjadi sama dengan jumlah kapasitasnya. Dengan sambungan seri, kapasitas sistem selalu berkurang. Sambungan seri digunakan bukan untuk mengurangi kapasitansi, tetapi terutama untuk mengurangi beda potensial pada setiap kapasitor sehingga tidak terjadi kerusakan pada kapasitor.
| Mari kita perkenalkan notasi sederhana untuk beda potensial. Kadang-kadang kamu disebut tegangan, ini adalah istilah yang sudah ketinggalan zaman. Tegangan kamu = IR- ini adalah produk dari arus dan hambatan (lihat di bawah - arus), dan tidak ada arus yang mengalir melalui kapasitor. Jika terjadi kerusakan dielektrik, kapasitor harus dibuang. | ||
 | Mari kita tuliskan rumus untuk setiap kapasitor dan untuk keseluruhan sistem (menggantikan D J® kamu); menggantikan Q ke dalam rumus terakhir, kita mendapatkan: C sejajar = C 1 + C 2 Mari kita menggeneralisasi kasus 3 kapasitor atau lebih |  koneksi paralel |
 | kapasitansi sistem saat menghubungkan kapasitor secara paralel ( saya=1,2,…,n) N- jumlah kapasitor |
Topik 6. Pertanyaan 1.