Tenaga kapasitor bercas. Ketumpatan Tenaga Elektrik

Mengenai penyetempatan tenaga: dalam medan itu sendiri, pembawa tenaga adalah medan itu sendiri. Mari kita sahkan ini menggunakan contoh kapasitor rata, mengabaikan kesan tepi. Menggantikan ungkapan C = εε 0 S/h ke dalam formula W = CU 2 /2 memberikan W=CU 2 /2=εε 0 SU 2 /2h=½εε 0 (U/h) 2 Sh. Oleh kerana U/h = E dan Sh = V (isipadu antara plat kapasitor), maka W=(εε 0 E 2 /2)V=(ED/2)V(4.8).

Formula yang terhasil adalah sah untuk padang seragam, isipadu mengisi V. Dalam kes itu medan tidak homogen tenaga W untuk dielektrik isotropik ditentukan oleh formula

Kamiran dan dalam persamaan ini mempunyai maksud tenaga yang terkandung dalam isipadu dV. Daripada dua rumus terakhir ia mengikuti bahawa tenaga elektrik diagihkan dalam ruang dengan ketumpatan isipadu w=εε 0 E 2 /2=ED/2(4.10). Formula ini sah hanya dalam kes dielektrik isotropik, yang mana hubungan D = εε 0 e dipegang.

Kerja lapangan semasa polarisasi dielektrik.Untuk nilai yang sama E magnitud w dengan kehadiran dielektrik, ternyata ε kali lebih besar daripada ketiadaan dielektrik. Tenaga medan dalam dielektrik harus difahami sebagai semua tenaga yang perlu dibelanjakan untuk pengujaan medan elektrik, dan ia terdiri daripadanya sendiri tenaga elektrik dan yang itu kerja lebih, yang berlaku apabila dielektrik terkutub. Untuk mengesahkan ini, mari kita gantikan nilai ε 0 E + P dalam (4.10) dan bukannya D, kemudian w=ε 0 E 2 /2+EP/2 (4.11). Sebutan pertama di sini bertepatan dengan ketumpatan tenaga medan E dalam vakum. Mari kita hitung kerja yang dilakukan oleh medan elektrik pada polarisasi isipadu unit dielektrik, iaitu pada sesaran cas p" + dan p" _ masing-masing di sepanjang dan melawan medan - apabila keamatan meningkat dari E ke E + dE . Mengabaikan istilah tertib kedua kekecilan: d A=ρ’ + Edl + +ρ’ – Edl_, di mana dl + dan dl_ ialah sesaran tambahan apabila medan bertambah daripada dE. Mempertimbangkan itu

р"_=–р" + , kita dapat d A=ρ’ + (dl + –dl_)E=ρ’ + dl E, dengan dl=dl + -dl_- anjakan tambahan cas positif berbanding dengan yang negatif. p" + dl = EdP, dan δA = EdP. (4.12). Oleh kerana P = χε 0 E, maka

Oleh itu semua kerja pada polarisasi isipadu unit dielektrik A = EP/2 (4.13), yang bertepatan dengan sebutan kedua formula (4.11).T. O., ketumpatan pukal tenaga w= ED/2 termasuk tenaga medan intrinsik ε 0 E 2 /2 dan tenaga EP/2 yang berkaitan dengan polarisasi jirim.

Sistem dua badan bercas. Mari kita bayangkan sistem dua badan bercas dalam vakum. Biarkan satu badan mencipta medan e 1 di ruang sekeliling; dan satu lagi ialah medan E 2. Medan terhasil E = E 1 + E 2 dan kuasa dua nilai ini E 2 = E 2 1 + E 2 2 +2E 1 E 2. sebab tu jumlah tenaga W sistem ini mengikut (4.9) adalah sama dengan hasil tambah tiga kamiran:

(4.14). Dua kamiran pertama dalam (4.14) mewakili tenaga sendiri bagi jasad bercas pertama dan kedua (W 1 dan W 2), kamiran terakhir ialah tenaga interaksi mereka (W 12) -

Daya dengan kehadiran dielektrik.Sekatan elektrik. Daya pondermotif bertindak pada dielektrik dalam medan elektrik . Daya ini juga timbul dalam kes di mana dielektrik secara keseluruhannya tidak dicas. Sebab kejadiannya ialah tindakan medan elektrik tidak seragam pada molekul dipol dielektrik terkutub (seperti yang diketahui, dipol dalam medan elektrik tidak seragam tertakluk kepada daya yang diarahkan ke arah peningkatan. bidang ini). Selain itu, daya ini disebabkan oleh ketidakhomogenan bukan sahaja medan makro, tetapi juga medan mikro, yang dicipta terutamanya oleh molekul terdekat dielektrik terpolarisasi. Di bawah pengaruh yang ditentukan daya elektrik dielektrik terkutub berubah bentuk. Fenomena ini dipanggil sekatan elektrik

Daya dalam dielektrik cecair. Daya interaksi antara plat kapasitor rata dalam dielektrik cecair adalah e kali kurang daripada dalam vakum (di mana ε = 1). Keputusan ini boleh digeneralisasikan: apabila mengisi seluruh ruang di mana terdapat medan elektrik dengan dielektrik cecair atau gas, daya interaksi antara konduktor bercas (dengan cas tetap padanya) berkurangan sebanyak e kali: F = F 0 /ε. (4.17)=>caj dua mata q 1 Dan q2, terletak pada jarak r antara satu sama lain di dalam dielektrik cecair atau gas tanpa sempadan, berinteraksi dengan daya F=|q 1 q 2 |/4πεε 0 r 2 (4.18), iaitu, juga ε kali kurang daripada dalam vakum. Formula ini menyatakan hukum Coulomb untuk cas titik dalam dielektrik tak terhingga. Dalam cecair homogen atau dielektrik gas, memenuhi seluruh ruang di mana terdapat medan, kedua-dua keamatan E dan daya F yang bertindak pada cas titik q , ε kali kurang daripada E 0 dan F 0 tanpa ketiadaan dielektrik. Ini bermakna daya F yang bertindak pada cas titik q , ditentukan dalam kes ini dengan formula yang sama seperti dalam vakum: F = qE, (4.19), di mana E ialah kekuatan medan dalam dielektrik di tempat di mana cas asing akan mengganggu q. Hanya dalam kes ini, menggunakan daya F, formula (4.19) membolehkan seseorang menentukan medan E dalam dielektrik. Perlu diingatkan bahawa cas luaran itu sendiri - ia tertumpu pada beberapa badan kecil - akan dipengaruhi oleh medan yang berbeza - tidak sama seperti dalam dielektrik itu sendiri.

Arus elektrik yang berterusan. Ketumpatan semasa. Persamaan kesinambungan. Hukum Ohm untuk konduktor homogen. Caj berlebihan di dalam konduktor homogen yang membawa arus. Medan elektrik konduktor yang membawa arus.

Pembawa arus dalam medium pengalir boleh menjadi elektron, ion, atau zarah lain. Sekiranya tiada medan elektrik, pembawa arus melakukan gerakan huru-hara, dan melalui mana-mana permukaan S, secara purata, bilangan pembawa yang sama bagi kedua-dua tanda melalui mana-mana permukaan S, supaya arus melalui permukaan S sama dengan sifar. Apabila medan elektrik dihidupkan, pergerakan kacau pembawa ditindih oleh pergerakan tertib dengan beberapa kelajuan purata u dan arus akan muncul melalui permukaan S. Oleh itu, arus elektrik ialah pemindahan tertib cas elektrik. Ukuran kuantitatif arus elektrik berfungsi sebagai kekuatan semasa I , iaitu cas yang dipindahkan melalui permukaan berkenaan S seunit masa: I = dq/dt[A]. Arus boleh diagihkan secara tidak rata di atas permukaan yang dilaluinya. Oleh itu, untuk ciri arus yang lebih terperinci, vektor ketumpatan arus j diperkenalkan. Modulus vektor ini secara berangka sama dengan nisbah kekuatan semasa dI melalui kawasan asas yang terletak pada titik tertentu berserenjang dengan arah pergerakan pembawa ke kawasannya dS ┴ : j = dI/dS ┴ . Arah vektor j diambil sebagai arah vektor halaju dan gerakan tertib pembawa positif. Jika pembawa kedua-duanya positif dan caj negatif, maka ketumpatan arus ditentukan oleh f-loy

j=p + u + + p_u_,(5.1), dengan p + dan p_ ialah ketumpatan isipadu pembawa cas positif dan negatif; u + dan u_ ialah kelajuan pergerakan tertib mereka. Dalam konduktor, di mana pembawa hanya elektron (р_< 0 и u + = 0), плотность тока j = ρ_u_(5.2). Зная вектор плотности тока в каждой точке поверхности S,можно найти и силу тока через эту поверхность как поток вектора j: I=∫jdS (5.3)

Persamaan kesinambungan. Mari kita bayangkan permukaan tertutup S dalam beberapa medium konduktor di mana arus mengalir. Bagi permukaan tertutup, vektor normal, dan oleh itu vektor dS, biasanya dibawa keluar, oleh itu kamiran ∮jdS memberikan cas meninggalkan isipadu V per unit masa , diliputi oleh permukaan S. Disebabkan oleh undang-undang pemuliharaan cas, kamiran ini adalah sama dengan kehilangan cas per unit masa di dalam isipadu V:

∮jdS= –dq/dt; ∮jdS=0 (5.4) Ini ialah persamaan kesinambungan. Bila arus terus pengagihan caj di angkasa mesti kekal tidak berubah, iaitu di sebelah kanan dq/dt= 0. Mari kita tukar dua persamaan terakhir kepada bentuk pembezaan. Untuk melakukan ini, bayangkan cajnya q sebagai jρdF dan sebelah kanan(5.4) sebagai

Di sini tanda terbitan separa p berkenaan dengan masa diambil, kerana p boleh bergantung bukan sahaja pada masa, tetapi juga pada koordinat. Jadi,

Kami memperoleh bahawa perbezaan vektor j pada titik tertentu adalah sama dengan penurunan ketumpatan cas per unit masa pada titik yang sama: с. j=– dρ/ d t. (5.6). Ini membayangkan keadaan pegun (apabila dρ/ d t=0): С . j=0.(5.7)

Ini bermakna bahawa dalam kes arus terus, medan vektor j tidak mempunyai sumber.

Hukum Ohm untuk konduktor homogen. Kekuatan arus yang mengalir melalui konduktor homogen adalah berkadar dengan beza keupayaan pada hujungnya (voltan U): I = U/R (5.8), di mana R - rintangan elektrik konduktor.

Hukum Ohm dalam bentuk tempatan. Jika keratan rentas silinder dS, dan panjangnya dl , maka, berdasarkan (5.8) dan (5.9), kita boleh menulis untuk silinder asas sedemikian jdS=Edl/(ρdl/dS)=E/ρ=σE, di mana σ=1/р ialah kekonduksian elektrik khusus bagi medium . Oleh itu, hubungan (5.10) mewujudkan hubungan antara kuantiti yang berkaitan dengan titik yang sama medium pengalir.

Mengenai cas di dalam konduktor dengan arus. Jika arus malar , maka lebihan cas di dalam konduktor homogen adalah sama dengan sifar di mana-mana. Malah, persamaan (5.5) adalah sah untuk arus terus. Mari kita tulis semula dengan mengambil kira undang-undang (5.10) dalam bentuk ∮σEdS=0, di mana kamiran diambil alih permukaan tertutup S yang sewenang-wenangnya intrakonduktor. Untuk konduktor homogen, nilai a boleh dikeluarkan daripada kamiran: σ∮EdS=0. Kamiran yang tinggal, mengikut teorem Gauss, adalah berkadar dengan jumlah algebra bagi cas di dalam permukaan tertutup S. , iaitu, berkadar dengan lebihan cas dalam permukaan ini. Tetapi daripada kesamaan terakhir adalah jelas bahawa kamiran ini sama dengan sifar (sejak σ≠0), yang bermaksud bahawa lebihan caj juga sama dengan sifar. Disebabkan oleh kesewenang-wenangan permukaan S: lebihan cas di mana-mana di dalam konduktor adalah sifar.

Medan elektrik konduktor yang membawa arus. Apabila arus mengalir pada permukaan konduktor (wilayah ketidakhomogenan), caj berlebihan muncul, yang bermaksud bahawa di luar konduktor terdapat komponen normal vektor E. Selanjutnya, dari kesinambungan komponen tangen vektor E, kita datang untuk membuat kesimpulan bahawa terdapat juga komponen tangen bagi vektor ini berhampiran permukaan konduktor. Oleh itu, vektor E berhampiran permukaan konduktor membuat (dengan kehadiran arus) sudut bukan sifar tertentu dengan normal kepadanya. Jika arus adalah pegun, maka pengagihan cas elektrik dalam medium pengalir tidak berubah dari semasa ke semasa, walaupun cas bergerak: pada setiap titik, caj baru terus tiba di tempat caj keluar. Caj bergerak ini mencipta medan Coulomb yang sama dengan caj pegun dengan konfigurasi yang sama. Oleh itu, medan elektrik arus pegun adalah medan berpotensi. Medan Coulomb di dalam konduktor apabila cas berada dalam keseimbangan adalah sifar. Medan elektrik arus pegun juga merupakan medan Coulomb, tetapi cas yang merangsangnya sedang bergerak. Oleh itu, medan E untuk arus pegun juga wujud di dalam konduktor pembawa arus.

Mari kita mengira tenaga pemuat bercas. Biarkan plat kapasitor pada mulanya tidak dicas. Kami akan memindahkan cas positif (atau negatif) dalam bahagian kecil dari satu plat ke plat yang lain. Untuk memindahkan, kerja mesti dilakukan terhadap medan elektrik; , di manakah nilai serta-merta beza keupayaan antara plat. Kerja ini pergi sepenuhnya untuk meningkatkan tenaga elektrik kapasitor .

Mengintegrasikan, kita dapat
.

Tenaga interaksi cas titik diperoleh dengan memindahkannya dari infiniti ke tempat di mana ia berada. Formulanya ternyata , di mana bilangan prima pada potensi bermakna apabila mengiranya, semua caj diambil kira kecuali caj yang ia bertindak. Untuk berterusan caj yang diagihkan kamiran diperolehi atas isipadu yang diduduki oleh caj , di manakah ketumpatan cas isipadu.

Oleh kerana medan elektrik kapasitor tertumpu di dalam dan seragam, kita boleh mengandaikan bahawa tenaga medan juga diedarkan di dalam kapasitor. Jika kita membahagikan tenaga yang dikira dengan isipadu , di manakah kawasan plat, kita mendapat ketumpatan tenaga isipadu

Ia boleh ditunjukkan bahawa formula ini adalah benar untuk sebarang konfigurasi medan elektrik.

Aruhan elektromagnet

Aruhan elektromagnet telah ditemui oleh Faraday pada tahun 1831. Untuk menunjukkan fenomena ini, mari kita ambil magnet pegun dan gegelung wayar, yang hujungnya disambungkan kepada galvanometer. Jika gegelung dibawa lebih dekat ke salah satu tiang magnet, maka semasa pergerakan jarum galvanometer membelok - arus elektrik teruja dalam gegelung. Apabila gegelung bergerak masuk arah terbalik arah arus diterbalikkan. Magnet boleh digantikan dengan gegelung arus atau elektromagnet lain. Arus ini dipanggil arus teraruh, dan fenomena itu sendiri dipanggil aruhan elektromagnet.

Pengujaan arus elektrik apabila konduktor bergerak dalam medan magnet dijelaskan oleh tindakan daya Lorentz yang timbul apabila konduktor bergerak. Mari kita pertimbangkan kes paling mudah apabila dua wayar selari dan diletakkan dalam medan magnet seragam yang tetap, berserenjang dengan satah lukisan dan diarahkan ke arah kami. (lihat rajah) Di sebelah kiri wayar ditutup, di sebelah kanan ia terbuka. Jambatan konduktif bergerak bebas di sepanjang wayar. Apabila jambatan bergerak ke kanan pada kelajuan , elektron dan ion positif bergerak bersamanya. Setiap cas bergerak dalam medan magnet tertakluk kepada daya Lorentz . Ia bertindak ke bawah pada ion positif, dan ke atas pada elektron negatif. Elektron akan mula bergerak ke atas dan cas negatif akan terkumpul di sana, meninggalkan lebih banyak ion positif di bahagian bawah. Iaitu, cas positif dan negatif dipisahkan, medan elektrik muncul di sepanjang jambatan, dan arus mengalir. Arus ini dipanggil arus aruhan. Arus akan mengalir di bahagian lain litar . Dalam rajah, arus digambarkan oleh anak panah pepejal.

Kekuatan medan luaran timbul sama dengan .Daya elektromotif, dicipta oleh medan ini dipanggil daya elektromotif aruhan dan dilambangkan dengan . Dalam kes ini , di manakah panjang jambatan itu. Tanda tolak diletakkan kerana medan luar diarahkan terhadap pintasan positif kontur, ditentukan oleh vektor mengikut peraturan skru sebelah kanan. Nilai adalah kenaikan dalam kawasan kontur setiap unit masa. Oleh itu ia adalah sama dengan , iaitu kadar kenaikan fluks magnet yang menembusi kawasan litar . Oleh itu, . Untuk formula ini adalah perlu untuk menambah peraturan yang membolehkan anda dengan cepat menentukan arah arus aruhan. Ia dipanggil peraturan Lenz dan menyatakan: Arus aruhan sentiasa mempunyai arah sedemikian sehingga medan magnetnya sendiri menghalang perubahan fluks magnet yang menyebabkannya.

Arus yang timbul dalam konduktor hilang kerana terdapat rintangan. Sekiranya tiada rintangan, maka apabila timbul, arus akan berterusan selama-lamanya. Keadaan sedemikian berlaku dalam superkonduktor. Selain itu, undang-undang aruhan elektromagnet membolehkan kita menerangkan diamagnetisme dalam atom dan molekul. Medan magnet arus tambahan yang terhasil diarahkan ke arah yang bertentangan dengan medan luaran. Dan kerana tiada rintangan dalam molekul, ia tidak hilang.

Fluks magnet

Fluks vektor aruhan magnet (fluks magnet) melalui pad dS dipanggil skalar kuantiti fizikal, sama

di mana Bn - B cos a - unjuran vektor B ke arah normal ke tapak dS (a - sudut antara vektor n dan B); dS ialah vektor yang magnitudnya sama dengan dS, dan arahnya bertepatan dengan arah n normal ke tapak.

Fluks vektor B boleh sama ada positif atau negatif bergantung pada tanda cos a (ditentukan oleh pilihan arah positif n normal). Aliran vektor B dikaitkan dengan litar di mana arus mengalir. Dalam kes ini, arah positif normal kepada kontur dikaitkan dengan arus dengan peraturan skru kanan. Akibatnya, fluks magnet yang dicipta oleh litar melalui permukaan terhad dengan sendirinya sentiasa positif.

CAJ ELEKTRIK. ZARAH ELEMEN.

Caj elektrik q - kuantiti fizik yang menentukan keamatan interaksi elektromagnet.

[q] = l Cl (Coulomb).

Atom terdiri daripada nukleus dan elektron. Nukleus mengandungi proton bercas positif dan neutron tidak bercas. Elektron membawa cas negatif. Bilangan elektron dalam atom adalah sama dengan bilangan proton dalam nukleus, jadi secara keseluruhan atom adalah neutral.

Caj mana-mana badan: q = ±Ne, di mana e = 1.6*10 -19 C ialah cas asas atau minimum yang mungkin (cas elektron), N- bilangan elektron berlebihan atau hilang. Dalam sistem tertutup jumlah algebra caj kekal malar:

q 1 + q 2 + … + q n = const.

Caj elektrik titik ialah jasad bercas yang dimensinya berkali-kali lebih kecil daripada jarak ke jasad elektrik lain yang berinteraksi dengannya.

undang-undang Coulomb

Dua cas elektrik titik pegun dalam vakum berinteraksi dengan daya yang diarahkan sepanjang garis lurus yang menghubungkan cas ini; moduli daya ini adalah berkadar terus dengan hasil darab cas dan berkadar songsang dengan kuasa dua jarak di antara mereka:

Faktor perkadaran

di manakah pemalar elektrik.

di mana 12 ialah daya yang bertindak daripada cas kedua pada yang pertama, dan 21 - dari yang pertama pada yang kedua.

BIDANG ELEKTRIK. KETEGANGAN

Fakta interaksi cas elektrik pada jarak jauh boleh dijelaskan dengan kehadiran medan elektrik di sekelilingnya - objek material, berterusan di angkasa dan mampu bertindak atas caj lain.

Medan cas elektrik pegun dipanggil elektrostatik.

Ciri sesuatu medan ialah keamatannya.

Kekuatan medan elektrik pada titik tertentu ialah vektor yang modulusnya sama dengan nisbah daya yang bertindak pada suatu titik caj positif, dengan magnitud cas ini, dan arahnya bertepatan dengan arah daya.

Kekuatan medan cas titik Q pada jarak r sama dengan

Prinsip superposisi medan

Kekuatan medan sistem cas adalah sama dengan jumlah vektor bagi kekuatan medan setiap cas dalam sistem:

Pemalar dielektrik persekitaran adalah sama dengan nisbah kekuatan medan dalam vakum dan dalam jirim:

Ia menunjukkan berapa kali bahan melemahkan medan. Hukum Coulomb untuk dua pertuduhan mata q Dan Q, terletak pada jarak yang jauh r dalam medium dengan pemalar dielektrik:

Kekuatan medan pada jarak jauh r daripada pertuduhan Q sama dengan

POTENSI TENAGA BADAN YANG BERCAS DALAM BIDANG ELEKTRO-STATIK HOMOGEN

Antara dua plat besar dicas tanda yang bertentangan dan terletak selari, kami meletakkan caj titik q.

Oleh kerana medan elektrik antara plat dengan keamatan seragam, daya bertindak ke atas cas di semua titik F = qE, yang, apabila menggerakkan cas pada jarak yang sama, berfungsi

Kerja ini tidak bergantung pada bentuk trajektori, iaitu, apabila cas bergerak q sepanjang garis sewenang-wenangnya L kerja akan sama.

Kerja medan elektrostatik mengikut pergerakan caj tidak bergantung pada bentuk trajektori, tetapi ditentukan secara eksklusif oleh keadaan awal dan akhir sistem. Ia, seperti dalam kes medan graviti, adalah sama dengan perubahan tenaga keupayaan, diambil dengan tanda yang bertentangan:

Daripada perbandingan dengan formula sebelumnya adalah jelas bahawa tenaga keupayaan cas dalam medan elektrostatik seragam adalah sama dengan:

Tenaga potensi bergantung pada pilihan tahap sifar dan oleh itu dengan sendirinya tidak mempunyai makna yang mendalam.

POTENSI DAN VOLTAN MEDAN ELEKTROSTATIK

Potensi ialah medan yang operasinya apabila bergerak dari satu titik medan ke tempat lain tidak bergantung kepada bentuk trajektori. Medan berpotensi ialah medan graviti dan medan elektrostatik.

Kerja yang dilakukan oleh medan potensi adalah sama dengan perubahan dalam tenaga potensi sistem, diambil dengan tanda yang bertentangan:

Potensi- nisbah tenaga keupayaan cas dalam medan kepada magnitud cas ini:

Potensi medan seragam adalah sama dengan

di mana d- jarak diukur dari beberapa aras sifar.

Tenaga potensi interaksi cas q dengan medan adalah sama dengan .

Oleh itu, kerja medan untuk memindahkan cas dari satu titik dengan potensi φ 1 ke titik dengan potensi φ 2 ialah:

Kuantiti itu dipanggil beza keupayaan atau voltan.

Voltan atau beza keupayaan antara dua titik ialah nisbah kerja yang dilakukan oleh medan elektrik untuk menggerakkan cas dari titik permulaan ke titik akhir kepada magnitud cas ini:

[U]=1J/C=1V

KEKUATAN BIDANG DAN POTENSI PERBEZAAN

Apabila memindahkan caj q bersama talian kuasa kekuatan medan elektrik pada jarak Δ d medan itu berfungsi

Oleh kerana mengikut definisi, kita mendapat:

Oleh itu kekuatan medan elektrik adalah sama dengan

Jadi, kekuatan medan elektrik adalah sama dengan perubahan potensi apabila bergerak di sepanjang garis medan per unit panjang.

Jika cas positif bergerak ke arah garis medan, maka arah daya bertepatan dengan arah pergerakan, dan kerja medan adalah positif:

Kemudian, iaitu, ketegangan diarahkan ke arah penurunan potensi.

Voltan diukur dalam volt per meter:

[E]=1 B/m

Kekuatan medan ialah 1 V/m jika voltan antara dua titik talian kuasa yang terletak pada jarak 1 m ialah 1 V.

KAPASITI ELEKTRIK

Jika kita mengukur caj secara bebas Q, disampaikan kepada badan, dan potensinya φ, maka kita dapati bahawa ia berkadar terus antara satu sama lain:

Nilai C mencirikan keupayaan konduktor untuk mengumpul cas elektrik dan dipanggil kemuatan elektrik. Kapasiti elektrik konduktor bergantung pada saiz, bentuk, serta sifat elektrik medium.

Kapasiti elektrik dua konduktor ialah nisbah cas salah satu daripadanya kepada beza keupayaan di antara mereka:

Kapasiti badan ialah 1 F, jika apabila caj 1 C diberikan kepadanya, ia memperoleh potensi 1 V.

KAPASITOR

Kapasitor- dua konduktor dipisahkan oleh dielektrik, berfungsi untuk mengumpul cas elektrik. Cas kapasitor difahami sebagai modulus cas salah satu plat atau platnya.

Keupayaan kapasitor untuk mengumpul cas dicirikan oleh kapasiti elektrik, yang sama dengan nisbah cas kapasitor kepada voltan:

Kapasiti pemuat ialah 1 F jika, pada voltan 1 V, casnya ialah 1 C.

Kapasiti pemuat plat selari adalah berkadar terus dengan luas plat S, pemalar dielektrik persekitaran, dan berkadar songsang dengan jarak antara plat d:

TENAGA KAPASITOR BERCAS.

Eksperimen yang tepat menunjukkan bahawa W=CU 2/2

Kerana q = CU, Itu

Ketumpatan tenaga medan elektrik

di mana V = Sd ialah isipadu yang diduduki oleh medan di dalam kapasitor. Memandangkan kemuatan bagi kapasitor plat selari

dan voltan pada platnya U=Ed

kita mendapatkan:

Contoh. Elektron, bergerak dalam medan elektrik dari titik 1 hingga titik 2, meningkatkan kelajuannya daripada 1000 kepada 3000 km/s. Tentukan beza keupayaan antara titik 1 dan 2.

di manakah nilai serta-merta beza keupayaan antara plat. Kerja ini pergi sepenuhnya untuk meningkatkan tenaga elektrik kapasitor

Mengintegrasikan, kita dapat

Tenaga interaksi cas titik diperoleh dengan memindahkannya dari infiniti ke tempat di mana ia berada. Formulanya ternyata

di mana prima pada potensi bermaksud bahawa apabila mengiranya, semua caj diambil kira kecuali yang ia bertindak. Untuk caj teragih berterusan, kamiran ke atas isipadu yang diduduki oleh caj diperolehi

di manakah ketumpatan cas isipadu.

Ia boleh ditunjukkan bahawa formula ini adalah benar untuk sebarang konfigurasi medan elektrik.

Aruhan elektromagnet

Aruhan elektromagnet telah ditemui oleh Faraday pada tahun 1831. Untuk menunjukkan fenomena ini, mari kita ambil magnet pegun dan gegelung wayar, yang hujungnya disambungkan kepada galvanometer. Jika gegelung dibawa lebih dekat ke salah satu tiang magnet, maka semasa pergerakan jarum galvanometer membelok - arus elektrik teruja dalam gegelung. Apabila gegelung bergerak ke arah yang bertentangan, arah arus diterbalikkan. Magnet boleh digantikan dengan gegelung arus atau elektromagnet lain. Arus ini dipanggil arus teraruh, dan fenomena itu sendiri dipanggil aruhan elektromagnet.

Pengujaan arus elektrik apabila konduktor bergerak dalam medan magnet dijelaskan oleh tindakan daya Lorentz yang timbul apabila konduktor bergerak. Mari kita pertimbangkan kes paling mudah, apabila dua wayar selari diletakkan dalam medan magnet seragam malar, berserenjang dengan satah lukisan dan diarahkan ke arah kita. (lihat rajah) Di sebelah kiri wayar ditutup, di sebelah kanan ia terbuka. Jambatan konduktif bergerak bebas di sepanjang wayar. Apabila jambatan bergerak ke kanan pada kelajuan , elektron dan ion positif bergerak bersamanya. Setiap cas bergerak dalam medan magnet tertakluk kepada daya Lorentz . Ia bertindak ke bawah pada ion positif, dan ke atas pada elektron negatif. Elektron akan mula bergerak ke atas dan cas negatif akan terkumpul di sana, meninggalkan lebih banyak ion positif di bahagian bawah. Iaitu, cas positif dan negatif dipisahkan, medan elektrik muncul di sepanjang jambatan, dan arus mengalir. Arus ini dipanggil arus aruhan. Arus akan mengalir di bahagian lain litar . Dalam rajah, arus digambarkan oleh anak panah pepejal.

Kekuatan medan luaran timbul sama dengan Daya gerak elektrik yang dicipta oleh medan ini dipanggil daya gerak elektrik aruhan dan ditetapkan . Dalam kes ini , di manakah panjang jambatan itu. Tanda tolak diletakkan kerana medan luar diarahkan terhadap pintasan positif kontur, ditentukan oleh vektor mengikut peraturan skru sebelah kanan. Nilai adalah kenaikan dalam kawasan kontur setiap unit masa. Oleh itu ia adalah sama dengan , iaitu kadar kenaikan fluks magnet yang menembusi kawasan litar . Oleh itu,

Untuk formula ini adalah perlu untuk menambah peraturan yang membolehkan anda dengan cepat menentukan arah arus aruhan. Ia dipanggil peraturan Lenz dan menyatakan: Arus teraruh sentiasa mempunyai arah sedemikian sehingga medan magnetnya sendiri menghalang perubahan dalam fluks magnet yang menyebabkannya.

Arus yang timbul dalam konduktor hilang kerana terdapat rintangan. Sekiranya tiada rintangan, maka apabila timbul, arus akan berterusan selama-lamanya. Keadaan sedemikian berlaku dalam superkonduktor. Di samping itu, undang-undang aruhan elektromagnet membolehkan kita menerangkan diamagnetisme dalam atom dan molekul. Medan magnet arus tambahan yang terhasil diarahkan ke arah yang bertentangan dengan medan luaran. Dan kerana tiada rintangan dalam molekul, ia tidak hilang.

Fluks magnet

Selepas pertimbangan awal, kami merumuskan undang-undang dalam Pandangan umum. Seperti dalam kes medan elektrik, fluks aruhan boleh diperkenalkan medan magnet:

Di sini - kawasan kontur yang dilalui oleh medan magnet - normal ke kawasan yang dihadkan oleh kontur. Produk skalar boleh digantikan dengan , di manakah sudut antara arah vektor aruhan dan normal. Jika aruhan magnet berubah dalam magnitud dan arah, maka formula untuk fluks masuk ke yang berikut

Tenaga jasad bercas akhirnya mewakili daya interaksi antara dua jasad. Ternyata satu badan yang dicas tidak mempunyai tenaga? Sebenarnya, ia tidak mempunyai tenaga sebanyak itu, tetapi tidak mungkin untuk menentukan kehadiran tenaga ini tanpa mempunyai badan kedua dengan caj.

Katakan sebagai contoh jika kita ada titik material mempunyai cas +q. Titik ini berada dalam ruang hampa, dan tiada caj lain berdekatan. Dalam sistem sedemikian, tiada perubahan tenaga akan diperhatikan. Tiada apa yang akan bergerak ke mana-mana.

Rajah 1 - caj mata

Tetapi sebaik sahaja kita meletakkan satu lagi titik material dengan cas -q berdekatan, daya interaksi antara mereka serta-merta timbul. Pertuduhan, kerana ia bertentangan, akan cenderung antara satu sama lain. Dan jika tiada apa-apa yang mengganggu mereka, mereka akhirnya akan membayar pampasan antara satu sama lain. Akibatnya, beberapa perubahan tenaga akan berlaku dalam sistem.

Katakan bahawa dengan memperkenalkan caj -q, kami juga akan memperkenalkan daya balas tertentu yang akan menghalang caj kami daripada mengimbangi satu sama lain. Kemudian dalam kes ini sistem kami akan mempunyai tenaga dalam bentuk eksplisit. Dalam bentuk daya tarikan antara cas.

Rajah 2 - interaksi dua cas titik

Jika kita berpindah dari abstraksi dengan "beberapa" caj dan daya, maka kita mendapat kapasitor rata yang sama sekali biasa. Yang mempunyai plat bercaj bertentangan, dan daya balas diwakili oleh dielektrik di antara mereka, yang menghalang kapasitor kami daripada dinyahcas.

Rajah 3 - kapasitor bercas

Tenaga kapasitor bercas terkenal dan mempunyai bentuk:

Formula 1 - tenaga kapasitor bercas

Magnitud daya dalam kes ini akan bergantung pada saiz cas dan jarak di mana ia berada. Nah, semuanya nampak jelas dengan magnitud caj. Lebih besar cas, lebih besar daya. Secara analogi dengan mekanik, lebih besar kuali, lebih menyakitkan apabila ia jatuh pada kaki anda.

Tetapi dengan jarak, semuanya tidak sepenuhnya jelas. Menggunakan mekanik yang sama untuk memudahkan pemahaman. Bayangkan anda sedang mengangkat kerusi yang sedang anda duduki. Jangan lupa untuk bangkit daripadanya. Pada masa yang sama, anda berada di permukaan bumi dan membuat beberapa usaha bergantung kepada jisim kerusi ini. Berat masuk dalam kes ini analog cas. Tegasnya, anda tidak perlu membayangkan semua ini; anda boleh melakukan semua ini dengan mengatasi kemalasan semula jadi anda.

Selanjutnya, berada di orbit bumi, katakan di ISS MIR. Anda melakukan tindakan yang sama, iaitu, bangun dari kerusi dan angkatnya. Usaha yang diperlukan adalah lebih kurang, kerana anda jauh dari bumi dan gravitinya jauh lebih lemah. Iaitu, kekuatan interaksi antara tanah dan kerusi bergantung pada jarak antara mereka. Tetapi di sini anda memerlukan imaginasi anda, dan bukan sahaja kerana ISS yang disebutkan telah tenggelam di lautan, tetapi juga kerana pergi ke orbit hanya untuk memeriksa kebenaran artikel ini adalah peristiwa yang sangat tidak mungkin. Juga dalam kapasitor, daya interaksi bergantung pada jarak di mana cas berada.