Vodiče sú telesá, v ktorých sa elektrický náboj môže pohybovať pod vplyvom ľubovoľne slabého elektrostatické pole.
Výsledkom je, že náboj odovzdaný vodiču bude prerozdeľovaný, až kým v ktoromkoľvek bode vo vnútri vodiča nevznikne napätie. elektrické pole nebude nula.
Sila elektrického poľa vo vnútri vodiča teda musí byť nulová.
Keďže teda φ = konšt
Potenciál vo vnútri vodiča musí byť konštantný.
2.) Na povrchu nabitého vodiča musí vektor intenzity E smerovať pozdĺž normály k tomuto povrchu, inak pri pôsobení zložky dotyčnice k povrchu (E t). náboje by sa pohybovali po povrchu vodiča.
Teda pod podmienkou statické rozvody nabíja povrchové napätie
kde E n je normálna zložka napätia.
to znamená, 
že keď sú náboje v rovnováhe, povrch vodiča je ekvipotenciálny.
3. V nabitom vodiči sú nekompenzované náboje umiestnené iba na povrchu vodiča.
Nakreslite ľubovoľný uzavretý povrch S vo vnútri vodiča, obmedzujúci určitý vnútorný objem vodiča. Podľa Gaussovej vety sa celkový náboj tohto objemu rovná:
V rovnovážnom stave teda vo vodiči nie sú žiadne prebytočné náboje. Ak teda odoberieme látku z určitého objemu odobratého vo vnútri vodiča, potom to nijako neovplyvní rovnovážne usporiadanie nábojov. Prebytočný náboj sa teda na dutom vodiči rozloží rovnako ako na pevnom, t.j. na jeho vonkajšom povrchu. Prebytočné náboje sa nemôžu nachádzať na vnútornom povrchu. Vyplýva to aj zo skutočnosti, že nálože rovnakého mena sa odpudzujú, a preto bývajú umiestnené v najväčšej vzdialenosti od seba.
Skúmanie veľkosti intenzity elektrického poľa v blízkosti povrchu nabitých telies rôznych tvarov dá sa usúdiť aj o rozložení nábojov po povrchu.
Štúdie ukázali, že hustota náboja pri danom potenciáli vodiča je určená zakrivením povrchu - rastie so zvyšovaním pozitívneho zakrivenia (konvexita) a klesá so zvyšujúcim sa záporným zakrivením (konkávnosť). prepitné je obzvlášť vysoké. Intenzita poľa v blízkosti hrotov môže byť taká veľká, že dochádza k ionizácii molekúl okolitého plynu. V tomto prípade sa náboj vodiča znižuje, zdá sa, že prúdi dole z hrotu.
Ak je na vnútorný povrch dutého vodiča umiestnený elektrický náboj, potom sa tento náboj prenesie vonkajší povrch vodič, čím sa zvyšuje jeho potenciál. Mnohonásobným opakovaním prenosu na dutý vodič možno výrazne zvýšiť jeho potenciál na hodnotu obmedzenú javom odvodu náboja z vodiča. Tento princíp použil Van der Graaf na zostrojenie elektrostatického generátora. V tomto zariadení sa náboj z elektrostatického stroja prenáša na nekonečnú nevodivú pásku, ktorá ho unáša vo vnútri veľkej kovovej gule. Tam je náboj odstránený a prechádza na vonkajší povrch vodiča, čím je možné postupne dodať veľmi veľký náboj do gule a dosiahnuť potenciálny rozdiel niekoľko miliónov voltov.
Vodiče vo vonkajšom elektrickom poli.
Vo vodičoch sa môžu voľne pohybovať nielen zvonku privedené náboje, ale aj náboje, ktoré tvoria atómy a molekuly vodiča (elektróny a ióny). Preto pri umiestnení nenabitého vodiča do externého elektrické pole voľné náboje sa presunú na jeho povrch, kladné v poli a záporné proti poli. V dôsledku toho sa na koncoch vodiča objavujú náboje opačného znamienka, tzv indukované poplatky. Tento jav, ktorý spočíva v elektrifikácii nenabitého vodiča vo vonkajšom elektrostatickom poli oddelením na tomto vodiči, ktorý sa už v ňom nachádza v rovnakom množstve kladných a záporných elektrických nábojov, sa nazýva elektrifikácia prostredníctvom vplyvu resp elektrostatická indukcia .
 |
Pohyb nábojov vo vodiči umiestnenom vo vonkajšom elektrickom poli E 0 bude pokračovať dovtedy, kým prídavné pole E add vytvorené indukčnými nábojmi nekompenzuje vonkajšie pole E 0 vo všetkých bodoch vo vnútri vodiča a výsledné pole E vo vnútri vodiča nebude nulové. .
Celkové pole E v blízkosti vodiča sa bude výrazne líšiť od svojej pôvodnej hodnoty E 0. Čiary E budú kolmé na povrch vodiča a budú čiastočne končiť pri indukovaných záporných nábojoch a začínať opäť pri indukovaných kladných nábojoch.
Náboje indukované na vodiči zmiznú, keď je vodič odstránený z elektrického poľa. Ak predbežne odvediete indukované náboje jedného znamienka na iný vodič (napríklad na zem) a tento odpojíte, potom prvý vodič zostane nabitý elektrinou opačného znamienka.
Neprítomnosť poľa vo vnútri vodiča umiestneného v elektrickom poli je široko používaná v technológii elektrostatickej ochrany pred vonkajšími elektrickými poľami (tienením) rôznych elektrických zariadení a vodičov. Keď má byť zariadenie chránené pred vonkajšími poľami, je obklopené vodivým puzdrom (obrazovkou). Takáto obrazovka funguje dobre, aj keď nie je vyrobená ako pevná, ale vo forme hustej mriežky.
Ideálnym fyzikálnym modelom náboja v elektrostatike je bodový náboj.
Bod náboj je náboj sústredený na teleso, ktorého rozmery možno zanedbať v porovnaní so vzdialenosťou k iným telesám alebo k uvažovanému bodu poľa. Inými slovami, bodový poplatok je hmotný bod ktorý má elektrický náboj.
Ak je nabité teleso také veľké, že ho nemožno považovať za bodový náboj, potom je v tomto prípade potrebné vedieť distribúcia náboje vo vnútri tela.
Vyberme malý objem vo vnútri nabitého telesa a označme ho elektrickým nábojom nachádzajúcim sa v tomto objeme. Hranica pomeru, kedy objem donekonečna klesá, sa nazýva objemová hustota elektrického náboja v danom bode... Označte ho písmenom:
Jednotkou objemovej hustoty náboja v SI je coulomb on meter kubický(Cl/m3).
V prípade nerovnomerne nabitého telesa je hustota v rôznych bodoch rôzna. Rozloženie náboja v objeme telesa je dané, ak je známe ako funkcia súradníc.
V kovových telesách sú náboje distribuované iba v tenkej vrstve priľahlej k povrchu. V tomto prípade je vhodné použiť hustota povrchového náboja, čo je hranica pomeru náboja k ploche, na ktorej je tento náboj rozložený:
kde je náboj umiestnený na ploche s plochou.
V dôsledku toho sa hustota povrchového náboja meria nábojom na jednotku povrchu tela. Rozloženie nábojov po povrchu je opísané závislosťou hustoty povrchu (x, y, z) od súradníc bodov povrchu.
Jednotkou hustoty povrchového náboja v SI je coulomb on meter štvorcový(Cl/m2).
V prípade, že nabité teleso má tvar závitu (priemer prierez telo je oveľa menšie ako jeho dĺžka, je vhodné použiť lineárnu hustotu náboja
kde je náboj umiestnený po dĺžke tela.
Jednotkou hustoty lineárneho náboja v SI je coulomb na meter (C / m).
Ak je známe rozloženie nábojov vo vnútri telesa, potom je možné vypočítať silu elektrostatického poľa vytvoreného týmto telesom. Na tento účel je nabité telo mentálne rozdelené na nekonečne malé časti a, ak ich považujeme za bodové náboje, sila poľa vytvorená oddelené časti telo. Celková intenzita poľa sa potom zistí súčtom polí generovaných jednotlivými časťami tela, t.j.
Videli sme, že povrch vodiča, neutrálneho aj nabitého, je ekvipotenciálny povrch (§ 24) a vo vnútri vodiča je intenzita poľa nulová (§ 16). To isté platí pre dutý vodič: jeho povrch je ekvipotenciálny povrch a pole vo vnútri dutiny je nulové, bez ohľadu na to, ako silne je vodič nabitý, pokiaľ, samozrejme, vo vnútri dutiny nie sú žiadne nabité telesá izolované od vodiča.
Tento záver jasne preukázal anglický fyzik Michael Faraday (1791-1861), ktorý obohatil vedu o množstvo zásadných objavov. Jeho skúsenosť bola nasledovná. Veľká drevená klietka bola pokrytá listami staniolu (cínového papiera), izolovaným od Zeme a silne nabitá elektrický stroj... Samotný Faraday bol umiestnený do klietky s veľmi citlivým elektroskopom. Napriek tomu, že pri priblížení telies spojených so Zemou z vonkajšieho povrchu článku vyletovali iskry, čo naznačovalo veľký potenciálny rozdiel medzi článkom a Zemou, elektroskop vo vnútri článku nevykazoval žiadnu výchylku (obr. 53).
Ryža. 53. Faradayova skúsenosť
Modifikácia tejto skúsenosti je znázornená na obr. 54. Ak z kovovej siete urobíme uzavretú dutinu a z vnútornej a vonkajšej strany dutiny zavesíme kúsky papiera, zistíme, že sú vychýlené iba vonkajšie listy. To ukazuje, že elektrické pole existuje iba v priestore medzi bunkou a objektmi, ktoré ju obklopujú, teda mimo bunky; vnútri bunky nie je žiadne pole.
Ryža. 54. Modifikácia Faradayovho experimentu. Kovová klietka je nabitá. Kusy papiera na vonkajšej strane sú vychýlené, čo naznačuje prítomnosť náboja na vonkajších povrchoch stien klietky. Vo vnútri článku nie je žiadny náboj, kúsky papiera sa neodchyľujú
Pri nabíjaní akéhokoľvek vodiča sa v ňom náboje rozložia tak, že elektrické pole v ňom zmizne a potenciálny rozdiel medzi bodmi zmizne. Pozrime sa, ako by sa za to mali účtovať poplatky.
Nabite dutý vodič, napríklad dutú izolovanú guľu 1 (obr. 55), ktorá má malý otvor. Vezmite malú kovovú platničku 2 pripevnenú na izolačnej rukoväti ("testovacia platňa"), dotknite sa jej nejakého miesta na vonkajšom povrchu gule a potom ju priveďte do kontaktu s elektroskopom. Listy elektroskopu sa rozptýlia pod určitým uhlom, čo naznačuje, že testovacia doska je nabitá pri kontakte s loptou. Ak sa však skúšobnou platňou dotkneme vnútorného povrchu guľôčky, platnička zostane nenabitá, bez ohľadu na to, ako silno je gulička nabitá. Náboje je možné čerpať iba z vonkajšieho povrchu vodiča, ale z vnútorného povrchu sa to ukazuje ako nemožné. Navyše, ak predbežne nabijeme skúšobnú dosku a dotkneme sa jej vnútorného povrchu vodiča, všetok náboj sa prenesie na tento vodič. To sa deje bez ohľadu na to, aký náboj už bol na vodiči. V § 19 sme tento jav podrobne vysvetlili. Takže v rovnovážnom stave sú náboje rozložené iba na vonkajšom povrchu vodiča. Samozrejme, ak by sme zopakovali experiment znázornený na obr. 45, dotýkajúc sa vodiča koncom drôtu vedúceho k elektromeru, mali by ste sa uistiť, že celý povrch vodiča, vonkajší aj vnútorný, je povrchom jedného potenciálu: rozloženie nábojov na vonkajšom povrchu elektromera. vodič je výsledkom pôsobenia elektrického poľa. Až keď celý náboj prejde na povrch vodiča, nastane rovnováha, tj vo vnútri vodiča sa intenzita poľa stane nulovou a všetky body vodiča (vonkajší povrch, vnútorný povrch a body v hrúbke kovu) bude mať rovnaký potenciál.
Ryža. 55. Skúmanie rozloženia náboja vo vodiči 1 pomocou testovacej platne 2. Vo vnútri dutiny vodiča nie je žiadny náboj
Vodivý povrch teda úplne chráni oblasť, ktorú obklopuje, pred pôsobením elektrického poľa vytvoreného nábojmi umiestnenými na tomto povrchu alebo mimo neho. Čiary vonkajšieho poľa končia na tomto povrchu, nemôžu prechádzať vo vodivej vrstve a vnútorná dutina je bez poľa. Preto takéto kovové povrchy sa nazývajú elektrostatická ochrana. Je zaujímavé poznamenať, že dokonca aj povrch vyrobený z kovovej sieťoviny môže poskytnúť ochranu, pokiaľ je sieťka dostatočne hrubá.
31.1. V strede dutej izolovanej kovovej gule je náboj. Vychýli sa nabité závažie zavesené na hodvábnej nite a umiestnené mimo loptičky? Podrobne rozoberte, čo sa stane. Čo sa stane, ak je lopta uzemnená?
31.2. Prečo sú sklady strelného prachu zo všetkých strán obklopené uzemnenou kovovou sieťou na ochranu pred údermi blesku? Prečo zavedené do takejto budovy vodné trubky musí byť tiež dobre uzemnený?
V praxi sa často využíva skutočnosť, že náboje sú rozložené na vonkajšom povrchu vodiča. Keď chcete úplne preniesť náboj vodiča do elektroskopu (alebo elektrometra), potom sa k elektroskopu, ak je to možné, pripojí uzavretá kovová dutina a do tejto dutiny sa zavedie nabitý vodič. Vodič sa úplne vybije a všetok jeho náboj sa prenesie do elektroskopu. Toto zariadenie na počesť Faradaya sa nazýva „Faradayov valec“, pretože v praxi sa táto dutina najčastejšie vyrába vo forme kovového valca. Túto vlastnosť Faradayovho valca (skla) sme už využili v experimente znázornenom na obr. 9 a podrobne ho vysvetlil v § 19.
Van de Graaf navrhol využiť vlastnosti Faradayovho valca na získanie veľmi vysokého napätia. Princíp činnosti jeho generátora je znázornený na obr. 56. Nekonečná páska 1 vyrobená z nejakého izolačného materiálu, napríklad hodvábu, sa pohybuje pomocou motora na dvoch valčekoch a jedným koncom prechádza do dutej kovovej gule izolovanej od zeme 2. Mimo gule je páska nabité kefou 3 nejakým zdrojom, napríklad batériou alebo elektrickým strojom 4, až do napätia 30-50 kV vzhľadom na zem, ak je druhý pól batérie alebo stroja uzemnený. Vo vnútri guľôčky 2 sa nabité časti pásky dotýkajú kefy 5 a úplne dávajú guľôčke svoj náboj, ktorý sa teraz prerozdeľuje po vonkajšom povrchu gule. Vďaka tomu nič nebráni nepretržitému prenosu náboja do gule. Napätie medzi loptou 2 a Zemou sa neustále zvyšuje. Týmto spôsobom možno získať napätie niekoľko miliónov voltov. Podobné stroje boli použité pri experimentoch so štiepením atómových jadier.
Ryža. 56. Princíp zariadenia Van de Graaffovho generátora
31.3. Mohol by Van de Graaffov generátor popísaný vyššie fungovať, ak by jeho guľa bola vyrobená z izolačného materiálu alebo ak by dopravný pás v ňom bol vodivý (kov)?
Jednou zo všeobecných úloh elektrostatiky je určiť elektrické pole alebo potenciál pre dané rozloženie povrchového náboja. Gaussova veta (1.11) umožňuje okamžite napísať nejaký konkrétny vzťah pre elektrické pole. Ak je na ploche S s jednotkovou normálou náboj rozdelený s hustotou povrchu a elektrické pole na oboch stranách plochy je rovnaké (obr. 1.4), potom podľa Gaussovej vety,
Tento pomer ešte neurčuje samotné polia, výnimkou sú iba prípady, keď neexistujú žiadne iné zdroje poľa, okrem povrchových nábojov s hustotou a rozloženie má obzvlášť jednoduchú formu. Vzťah (1.22) ukazuje len to, že pri prechode z "vnútornej" strany povrchu, na ktorej sa nachádza povrchový náboj a, na "vonkajšiu" stranu, normálna zložka elektrického poľa prechádza skokom.
Použitie vzťahu (1.21) pre lineárny integrál E nad uzavretá slučka, možno ukázať, že tangenciálna zložka elektrického poľa je pri prechode povrchom spojitá.
Obr. 1.4. Skok v normálnej zložke elektrického poľa pri prechode povrchovým rozložením nábojov.
Všeobecný výraz pre potenciál vytvorený rozložením povrchového náboja v ľubovoľnom bode v priestore (vrátane na samotnom povrchu S, na ktorom sa náboje nachádzajú) možno nájsť z (1.17) a nahradiť ho výrazom
Výraz pre elektrické pole možno z toho získať diferenciáciou.
Zaujímavý je aj problém potenciálu vytvoreného dvojitou vrstvou, teda rozmiestnenia dipólov po povrchu
Obr. 1.5. Prechod na limit pri tvorbe dvojitej vrstvy.
Dvojvrstvu si môžeme predstaviť nasledovne: nech sa na povrchu S nachádza náboj s určitou hustotou a na povrchu S blízko S, je povrchová hustota v zodpovedajúcich (susedných) bodoch, tj veľkosťou a veľkosťou rovnaká. v znamienku opačne (obr. 1.5). Dvojvrstvové, t.j. dipólové rozloženie s momentom jednotkovej plochy
sa ukáže ako prechod k limitu, pri ktorom sa S nekonečne blíži k S a povrchová hustota má tendenciu k nekonečnu, takže súčin o vzdialenosť medzi v zodpovedajúcom bode smeruje k limitu
Dipólový moment vrstvy je kolmý na povrch S a smeruje od záporného náboja k kladnému.
Ak chcete nájsť potenciál vytvorený dvojitou vrstvou, môžete najprv zvážiť individuálny dipól a potom prejsť na rozloženie dipólov na povrchu. K rovnakému výsledku môžeme dospieť, ak pre rozloženie povrchového náboja vychádzame z potenciálu (1.23) a potom vykonáme prechod k vyššie opísanej hranici. Prvý spôsob výpočtu je možno jednoduchší, ale druhý je užitočným cvičením vo vektorovej analýze, takže tu uprednostníme druhý.
Obr. 1.6. Dvojvrstvová geometria.
Nech jednotkový normálový vektor smeruje z S na S (obr. 1.6). Potom sa potenciál v dôsledku dvoch blízkych plôch S a S rovná
Pre malé d môžeme výraz rozšíriť v rade. Zvážte všeobecný výraz, v ktorom
Je zrejmé, že ide len o Taylorovu expanziu v trojrozmernom prípade. Prechodom na limitu (1.24) teda dostaneme výraz pre potenciál
Vzťah (1.25) možno veľmi jednoducho geometricky interpretovať. Všimni si
kde je priestorový prvok, pri ktorom je plošný prvok viditeľný z pozorovacieho bodu (obr. 1.7). Množstvo je kladné, ak je uhol ostrý, tj "vnútorná" strana dvojitej vrstvy je viditeľná z pozorovacieho bodu.
Obr. 1.7. K záveru o potenciáli dvojitej vrstvy. Potenciál v bode P, vytvorený prvkom plochy dvojitej vrstvy s momentom jednotkovej plochy D, sa rovná súčinu momentu D prijatého s opačným znamienkom a priestorového uhla, pod ktorým prvok oblasť je videná z bodu P.
Výraz pre potenciál dvojvrstvy možno zapísať vo forme
Ak je povrchová hustota dipólového momentu D konštantná, potom sa potenciál jednoducho rovná súčinu dipólového momentu a priestorového uhla s opačným znamienkom, pri ktorom je z pozorovacieho bodu viditeľný celý povrch bez ohľadu na jeho tvar.
Pri prechode cez dvojitú vrstvu potenciál prechádza skokom rovným povrchovej hustote dipólového momentu vynásobenej. Dá sa to ľahko overiť, ak vezmeme do úvahy pozorovací bod, ktorý sa nekonečne približuje k povrchu S vnútri... Potom podľa (1.26) potenciál na vnútornom
strana bude rovná
pretože takmer celý priestorový uhol spočíva na malej ploche povrchu S v blízkosti pozorovacieho bodu. Podobne, ak sa priblížite k ploche S s vonku, potom sa potenciál vyrovná
znamienko je obrátené v dôsledku zmeny znamienka priestorového uhla. Potenciálny skok pri prekročení dvojitej vrstvy je teda
Tento vzťah je analogický so vzorcom (1.22) pre skok normálnej zložky elektrického poľa pri prechode „jednoduchou“ vrstvou, tj rozloženie povrchového náboja. Vzťah (1.27) možno fyzikálne interpretovať ako potenciálny pokles „vo vnútri“ dvojitej vrstvy. Tento potenciálny pokles možno vypočítať (pred dosiahnutím limitu) ako súčin intenzity poľa medzi dvoma vrstvami nesúcimi povrchový náboj a vzdialenosti medzi nimi.
Ukážme, že ~
Téma 4. Otázka 3.
Rozloženie nábojov vo vodičoch.
Vodiče v elektrostatickom poli.
Keď sa nenabitý vodič zavedie do vonkajšieho elektrostatického poľa, na jeho povrchu sa objavia náboje. Jav redistribúcie nábojov vo vodiči pri jeho zavedení do vonkajšieho elektrostatického poľa sa nazýva elektrostatická indukcia ( navádzacie poplatky, elektrifikácia prostredníctvom navádzania).
1) Ak sa do poľa zavedie nenabitý kovový vodič z dvoch kontaktujúcich častí, na ich povrchu sa objavia indukované náboje. Ak sú tieto časti oddelené izolačnými rukoväťami, každá časť bude nabitá zodpovedajúcim nábojom (pozri obr.). V tomto prípade je intenzita poľa vo vnútri vodičov vždy nulová.
2) Nenabitý vodič zavedený do elektrostatického poľa skresľuje pole (pozri obrázok - čiary so šípkami - siločiary externé jednotné pole; čiary, ktoré sú na ne kolmé ekvipotenciálne plochy; ± - Indikované sú indukované náboje).
3) Veľkosť indukovaného (indukovaného) náboja je vždy menšia ako veľkosť usmerňujúceho náboja. Iba v prípade, keď je vodiaci náboj vo vnútri kovovej dutiny, indukovaný náboj sa ukáže byť rovnako veľký, ale hustota povrchového náboja je iná. Na obrázku: bodový náboj je obklopený nenabitým kovovým dutým telesom. Vnútorný aj vonkajší povrch sú sférické, ale ich stredy sú posunuté. Na vonkajšom povrchu je indukovaný náboj distribuovaný rovnomerne a na vnútornom povrchu komplexným spôsobom.
4) Indukované náboje ovplyvňujú elektrické pole indukčných nábojov.
5). Indukovaný náboj vzniká na už nabitom telese. Ak sú vedľa neho dva kladné náboje + Q a + q, musia sa odtlačiť. Ale indukovaný záporný náboj na jednom z nábojov sa môže ukázať ako väčší ako jeho vlastný náboj a náboje sa budú navzájom priťahovať.
Elektrostatická ochrana: Vodič alebo dostatočne hrubý kovová mriežka obklopujúce určitú oblasť zo všetkých strán ju chránia pred elektrickými poľami vytvorenými vonkajšími nábojmi.
Téma 5. Otázka 1.
Elektrická kapacita.
Všetky vodiče majú vlastnosť akumulovať elektrické náboje. Táto vlastnosť sa nazýva elektrická kapacita. Kvantitatívna charakteristika tejto vlastnosti sa tiež nazýva elektrická kapacita a označuje sa S... Rozlišujte medzi elektrickou kapacitou osamoteného vodiča (vlastná kapacita), umiestneného ďaleko od ostatných vodičov, a vzájomnou kapacitou sústavy dvoch alebo viacerých vodičov.
Farad, jednotka SI kapacity, je extrémne veľká. Kapacita zemegule je teda asi 7 × 10 - 4 F, preto sa zvyčajne používajú mikro-, nano- a pikofarady.
Vlastná kapacita závisí len od tvaru a veľkosti vodiča a od dielektrických vlastností životné prostredie(vákuum, vzduch, petrolej, ...) a nezávisí od materiálu vodiča (Fe, Cu, Al, ...), ani od toho, či je alebo nie je nabitý. Každý osamelý vodič má „svoju“ kapacitu, ak napríklad ohnete kus drôtu alebo urobíte priehlbinu v guli, ich kapacita sa zmení.
Výpočet kapacity je zložitý matematický problém a ak má vodič zložitú konfiguráciu, potom tento problém nemožno vyriešiť analyticky.
Poďme počítať elektrická kapacita osamelej gule (lopty).
Téma 5. Otázka 2.
Elektrická kapacita.
Poďme počítať kapacita plochého kondenzátora- sú to dve kovové rovnobežné dosky (dosky) rovnakej veľkosti oddelené dielektrickou vrstvou (vákuum, vzduch atď.). Ak je vzdialenosť medzi doskami významná menšie veľkosti taniere: d<<L, H, pole medzi platňami možno považovať za jednotné. V skutočnosti je pole v blízkosti okrajov dosiek nehomogénne (pozri obrázok, ktorý ukazuje polovicu plochého kondenzátora, čiary so šípkami sú siločiary, bez šípok sú ekvipotenciálne plochy). Je ťažké vziať do úvahy tieto okrajové efekty.
Téma 5. Otázka 3.
Elektrická kapacita.
Vzájomná kapacita závisí aj od tvaru a veľkosti vodičov a okrem toho aj od ich vzájomnej polohy. Systém dvoch vodičov sa nazýva kondenzátor, keď je vzdialenosť medzi nimi dostatočne malá a elektrické pole (keď sú nabité) je sústredené hlavne medzi vodičmi. Samotné vodiče sa nazývajú dosky. Je možné vypočítať kapacitu takéhoto systému pre jednoduché dosky: ploché, guľové a valcové (okrem okrajových efektov).
Cylindrický kondenzátor... Ide o dva koaxiálne kovové valce, medzi ktorými je dielektrikum (vákuum, vzduch atď.). Dĺžka vložiek valcov l, polomery R a r(pozri obr.). Ak informujete vnútorné obloženie o náboji + q náboje sú indukované na vonkajšej doske - q a + q, kladný náboj z vonkajšieho povrchu vonkajšej dosky sa odoberá do zeme. Kondenzátorové pole sa sústreďuje hlavne medzi platňami, ak je vzdialenosť medzi nimi ( R-r) << l... Neberieme do úvahy okrajové efekty.
Téma 5. Otázka 4.
Elektrická kapacita.
Vzájomná kapacita závisí aj od tvaru a veľkosti vodičov a okrem toho aj od ich vzájomnej polohy. Systém dvoch vodičov sa nazýva kondenzátor, keď je vzdialenosť medzi nimi dostatočne malá a elektrické pole (keď sú nabité) je sústredené hlavne medzi vodičmi. Samotné vodiče sa nazývajú dosky. Je možné vypočítať kapacitu takéhoto systému pre jednoduché dosky: ploché, guľové a valcové (okrem okrajových efektov)
Sférický kondenzátor... Sú to dve koncentrické kovové gule oddelené sférickou dielektrickou vrstvou. Ak sa vnútornému obloženiu pridelí náboj + q na vnútornom povrchu vonkajšej dosky sa indukuje náboj - q a na jeho vonkajšom povrchu + q. Tento náboj sa vybije do zeme uzemnením (pozri obrázok). Pole takéhoto kondenzátora je sústredené iba medzi platňami.
Téma 5. Otázka 5.
Elektrická kapacita.
Pripojenia kondenzátorov.
Kondenzátory môžu byť zapojené paralelne alebo sériovo alebo zmiešaným spôsobom: časť paralelne, časť sériovo. Pri paralelnom zapojení sa kapacita systému zvyšuje a rovná sa súčtu kapacít. Pri sériovom zapojení sa kapacita systému vždy zníži. Sériové zapojenie sa používa nie na zníženie kapacity, ale hlavne na zníženie potenciálneho rozdielu na každom kondenzátore, takže nedochádza k poruche kondenzátora.
| Zavedme jednoduchší zápis potenciálneho rozdielu. Niekedy U nazývaný stres, je to zastaralý pojem. Napätie U = IR- toto je súčin sily prúdu a odporu (pozri nižšie - prúd) a prúd by nemal prechádzať cez kondenzátor. Ak dôjde k poruche dielektrika, kondenzátor sa musí vyhodiť. | ||
 | zapíšeme vzorec pre každý kondenzátor a pre celý systém (nahradením D j® U); suplovanie q do posledného vzorca dostaneme: Paralelné = C1 + C2 Zovšeobecnme to na prípad 3 alebo viacerých kondenzátorov |  paralelné pripojenie |
 | kapacita systému s paralelným zapojením kondenzátorov ( i = 1,2, ..., n) n- počet kondenzátorov |
Téma 6. Otázka 1.