ตัวเก็บประจุแบบแบนเต็มไปด้วยไดอิเล็กตริกที่มีไดอิเล็กตริก ค่าของส่วนประกอบสามารถหาได้ง่ายโดยสูตร - p.15

การนำสูตรนี้ไปประยุกต์ใช้ในการคำนวณ อี rเราพบว่า d=ดร, α = const และดังนั้น อี r = - d/ ดร(พี cosα/ r 2 ) = 2 พี cosα / r 2 . เมื่อคำนวณ อี α , เราคำนึงว่าเมื่อเคลื่อนไหวตามค่า db, ในทิศทางตั้งฉากกับรัศมี r = ค่าคงที่และมุม α จะเปลี่ยนไปตามจำนวนเงิน db = r ดา. แล้ว อี α = - / ดล =- 1/ r (/ ดา) = - 1/ r [ d(พี cosα)/ r 2 ] ดา = 2 พี บาป / r 2 , และต่อไป, อี = √ อี 2 r + อี α 2 = พี/ r 2 √ 4 cos 2 α + บาป 2 α = พี/ r 2 √ 3 cos 2 α + 1. ที่ระยะห่างเท่ากันจากศูนย์กลางของไดโพล ค่าสูงสุดของความแรงของสนามจะอยู่บนแกนของไดโพลเมื่อ cos 2 α=1และที่เล็กที่สุด - ในทิศทางตั้งฉากกับแกนเมื่อ cos 2 α \u003d 0 ดังนั้น อย่างที่คุณเห็น งานที่ทำโดยแรงไฟฟ้าสถิตเมื่อเคลื่อนที่ประจุไฟฟ้าจากจุดหนึ่ง สนามไฟฟ้ากับผลคูณของประจุไฟฟ้าและความต่างศักย์ที่จุดเหล่านี้ของสนาม สูตรที่ได้คือหนึ่งในความสัมพันธ์พื้นฐานของไฟฟ้าสถิตซึ่งตามมาด้วยการทำงาน สนามไฟฟ้าสถิตการเคลื่อนที่ของประจุระหว่างจุดสองจุดไม่ได้ขึ้นอยู่กับรูปร่างของเส้นทาง แต่เป็นหน้าที่ของตำแหน่งของจุดเริ่มต้นและจุดสุดท้ายของการเคลื่อนที่ แนวคิดเรื่องความต่างศักย์มีความหมายทางกายภาพ แต่เชื่อกันว่าสนามไฟฟ้าที่ระยะอนันต์มีศักย์ไฟฟ้าเป็นศูนย์ φ ∞ = 0 ดังนั้น เมื่อพูดถึงศักยภาพของจุด ศักยภาพของจุดไกลอนันต์กับ φ ∞ = 0 ถือเป็นระดับอ้างอิงตามเงื่อนไข คุณสมบัติของสนามไฟฟ้าสถิตนี้ใช้เมื่อพิจารณาปัญหาหลายประการของไฟฟ้าสถิต เช่น เมื่อพิจารณาศักยภาพของประจุแบบจุด ให้งานภาคสนามมีการกระจัดน้อย ดร = ดล cosα เท่ากับ ดา, แล้วมาคำนวณงาน แรงไฟฟ้าบนเส้นทางสุดท้าย l จำเป็นต้องใช้อินทิกรัลของรูปแบบ แต่= ∫ดา. งานเบื้องต้นของแรงไฟฟ้าที่มีการกระจัดน้อย ดร ค่าใช้จ่าย q (ภาพที่ 3.11) เท่ากับความแรงของสนามต่อทิศทาง ดล. ทางนี้, ดา = qE l ดล. หากประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ไปตามวงจรปิดโดยพลการเพื่อให้จุดเริ่มต้นของเส้นทางตรงกับจุดสิ้นสุด ผลของแรงไฟฟ้าจะเป็นศูนย์ (ความต่างศักย์เป็นศูนย์): ก=0.ดังนั้นสำหรับวงปิด qอี l ดล = 0; ตั้งแต่ q 0 แล้ว

อี l ดล = 0

ความคุ้มค่า ∫ อี l ดล เรียกว่า การไหลเวียนของเวกเตอร์ความตึงเครียดฟิลด์ ดังนั้นการหมุนเวียนของเวกเตอร์ความแรงของสนามไฟฟ้าสถิตตามแนวเส้นชั้นความสูงตามอำเภอใจจึงเท่ากับศูนย์ สนามแรงที่มีคุณสมบัตินี้เรียกว่าศักยภาพ และจุดแข็งของสนามเรียกว่าอนุรักษ์นิยม หากสนามไฟฟ้ามาถึงจุดหนึ่งในอวกาศจากแหล่งต่างๆ กัน เนื่องด้วยคุณสมบัติของการซ้อนของสนามไฟฟ้า ศักย์ไฟฟ้าจึงเกิด φ ที่จุดที่กำหนดจะเท่ากับผลรวมเชิงพีชคณิตของศักยภาพ φ 1 2 . สร้างขึ้นโดยการเรียกเก็บเงินรายบุคคล:

φ = φ 1 2 + +φ = ∑φ ผม

ในสนามไฟฟ้า เป็นไปได้ที่จะสร้างพื้นผิวเพื่อให้จุดทั้งหมดมีศักย์เท่ากัน พื้นผิวดังกล่าวเรียกว่าพื้นผิว ศักยภาพเท่าเทียมกันหรือ พื้นผิวศักย์ไฟฟ้า. ด้วยการใช้พื้นผิวศักย์ไฟฟ้า มันเป็นไปได้ที่จะแสดงภาพสนามไฟฟ้าแบบกราฟิก เช่นเดียวกับที่ทำโดยใช้เส้นแรง เนื่องจากทุกจุดของพื้นผิวศักย์ศักย์เท่ากัน งานที่ทำเพื่อเคลื่อนประจุไปตามพื้นผิวจึงเป็นศูนย์ ซึ่งหมายความว่าแรงไฟฟ้าที่กระทำต่อประจุจะพุ่งไปตามเส้นปกติไปยังพื้นผิวที่มีศักย์เท่ากันเสมอ ดังนั้นจึงเป็นไปตามนั้น เส้นแรงตั้งฉากกับพื้นผิวศักย์เสมอกัน รูปที่ 3.12 แสดงพื้นผิวศักย์ศักย์ไฟฟ้าและเส้นแรง: a) - ประจุแบบจุด b) - ประจุที่คล้ายกันสองประจุ c) - เส้นศักย์ไฟฟ้าเท่ากันของวัตถุที่มีรูปร่างตามอำเภอใจ

รูป - 3.12

เส้นศักย์ศักย์ไฟฟ้าบนกราฟสามารถวาดด้วยความหนาแน่นตามอำเภอใจ แต่มักจะวาดบนแผนที่ภาคสนามเพื่อให้สอดคล้องกับการเพิ่มขึ้นที่เป็นไปได้เช่นเดียวกัน เช่น 1, 2, 3 ฯลฯ โวลต์ ในกรณีนี้ อัตราการเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นในทิศทางของเส้นแรงจะเป็นสัดส่วนผกผันกับระยะห่างระหว่างเส้นศักย์ไฟฟ้าที่อยู่ติดกัน ดังนั้นความหนาแน่นของเส้นศักย์เท่ากันจึงเป็นสัดส่วนกับความแรงของสนาม ดังนั้นตามภาพตำแหน่งของพื้นผิวศักย์ไฟฟ้าและตำแหน่งของเส้นแรง คุณสามารถรับแนวคิดเกี่ยวกับสนามไฟฟ้าได้เสมอ ให้เราสร้างความสัมพันธ์ระหว่างศักยภาพและความเข้มข้น การมีอยู่ของการเชื่อมต่อดังกล่าวเกิดขึ้นจากข้อเท็จจริงที่ว่าการทำงานของแรงไฟฟ้าซึ่งแสดงออกผ่านความตึงเครียด ก็แสดงออกผ่านความต่างศักย์ของจุดสนามด้วยเช่นกัน ดังที่ปรากฏจากอันที่แล้ว สนามไฟฟ้าสามารถระบุปริมาณต่างๆ ได้: - ปริมาณเวกเตอร์ - ความเข้ม และศักยภาพสเกลาร์ ให้เราสร้างการเชื่อมต่อระหว่างคุณลักษณะเหล่านี้ของสนาม เราได้รับการเชื่อมต่อที่ต้องการโดยการเปรียบเทียบนิพจน์สำหรับการทำงานผ่านความเข้มข้นและผ่านศักยภาพของฟิลด์: ดา = qEdl และ ดา = - dอี = -qdφ. เท่ากับทั้งสองนิพจน์ทำงานและลดโดย q, เราได้รับ: อี ดล = - . จากที่นี่

อี = - / ดล = - gradφ

แนวคิดนี้แสดงดังนี้ ความแรงของสนามเท่ากับความลาดชันที่อาจเกิดขึ้น ถ่ายด้วยเครื่องหมายตรงข้าม เครื่องหมายลบหมายความว่าศักย์ลดลงเมื่อเคลื่อนที่ไปในทิศทางของเส้นสนาม ดังนั้นความแรงของสนามจึงวัดโดยการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าต่อความยาวหน่วยในทิศทางของเส้นสนาม กล่าวคือ ไปในทิศทางที่สำคัญที่สุด ศักยภาพลดลง จากสูตรความสัมพันธ์ระหว่างศักย์และความเข้มของสนามไฟฟ้าสถิต หน่วยของการวัดความเข้มใน SI ถูกกำหนด: V/m 3.2 สนามไฟฟ้าในไดอิเล็กทริก 3.2.1 ความจุของตัวนำ ตัวเก็บประจุประสบการณ์ได้พิสูจน์แล้วว่ายิ่งประจุที่จ่ายให้กับตัวนำมากเท่าไรก็ยิ่งมีศักยภาพมากขึ้นเท่านั้น กล่าวคือ ประจุของตัวนำนั้นแปรผันตามศักยภาพของมัน q = CU. คงที่. จากเป็นคุณลักษณะเชิงปริมาณของตัวนำแต่ละตัวภายใต้สภาวะภายนอกที่กำหนด เรียกว่า ความจุไฟฟ้า:

= q/ ยู

ความจุจะเท่ากับปริมาณไฟฟ้าที่ต้องเปลี่ยนประจุของตัวนำเพื่อให้ศักย์ไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไปหนึ่งค่า หากรูปร่างและขนาดของตัวนำไม่เปลี่ยนแปลง และหากสภาพภายนอกยังคงไม่เปลี่ยนแปลง (สภาพแวดล้อมที่ตัวนำตั้งอยู่ไม่เปลี่ยนแปลง ตำแหน่งของวัตถุโดยรอบจะไม่เปลี่ยนแปลง) ความจุจะคงที่ นี่แสดงให้เห็นว่าความจุขึ้นอยู่กับรูปร่างและขนาด แต่ไม่ได้ขึ้นอยู่กับวัสดุของตัวนำ จากไฟฟ้าสถิต เราได้พิสูจน์แล้วว่าศักยภาพของลูกบอลเดี่ยวที่มีรัศมี R ในตัวกลางที่มีการอนุญาติ ε เท่ากับ ดังนั้น ความจุของลูกบอลตัวนำเดี่ยวจึงเป็นสัดส่วนกับรัศมีของมัน การคำนวณโดยใช้สูตรที่ได้ แสดงว่า ลูกบอลที่มีรัศมี 1 ฟารัด ควรมีความจุเท่ากับ R= C/4πε 0 ε ≈ 9 * 10 6 กม. ซึ่งมีรัศมีประมาณ 1,400 เท่าของโลก ดังนั้น Farad จึงเป็นหน่วยวัดที่ใหญ่มาก ดังนั้นในชีวิตปกติจึงได้รับอนุญาตให้ทำงานกับเศษส่วนของ Farad - picofarad (10 -12 F), nanofarad (10 -9 F) เป็นต้น ในอุปกรณ์วิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยุต่างๆ มักต้องการความสามารถทางไฟฟ้าที่สำคัญ ซึ่งเกิดขึ้นจากระบบตัวนำ ระบบของตัวนำที่ออกแบบมาเพื่อสร้างความจุที่สำคัญเรียกว่า คอนเดนเซอร์,และตัวนำที่ต่อเนื่องกันก่อตัวเป็นตัวเก็บประจุเรียกว่า แผ่นตัวเก็บประจุภายใต้ความจุ จากตัวเก็บประจุบ่งบอกถึงขนาดของอัตราส่วนประจุ qหนึ่งสัญญาณ สะสมในตัวเก็บประจุให้เกิดความต่างศักย์ φ ระหว่างปก:

= q/∆ φ

ค่านี้ เช่นเดียวกับความจุของตัวนำเดี่ยว ขึ้นอยู่กับปัจจัยทางเรขาคณิตและค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของชั้นฉนวนระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุ เราตรวจสอบความจุของตัวเก็บประจุดังกล่าว ตัวเก็บประจุแบบแบนตัวเก็บประจุแบบแบนประกอบด้วยแผ่นขนานสองแผ่น (รูปที่ 3.13, a) ซึ่งอยู่ห่างจากกัน dเล็กเมื่อเทียบกับขนาดของตัวเอง ช่องว่างระหว่างเพลตของตัวเก็บประจุนั้นเต็มไปด้วยอิเล็กทริก ตามคำจำกัดความความจุของตัวเก็บประจุ = q/∆ φ . เราแสดงความจุของตัวเก็บประจุแบบแบนในแง่ของปริมาณที่กำหนดขนาด เนื่องจากขนาดของแผ่นเปลือกโลกมีขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับระยะห่างระหว่างพวกมัน φ สนามระหว่างแผ่นเปลือกโลกจะเหมือนกับในกรณีของระนาบอนันต์สองระนาบที่มีประจุตรงข้ามกันในค่าตัวเลข ถ้า σ คือความหนาแน่นประจุที่พื้นผิวของเพลตเหล่านี้ a - พื้นที่ของตัวเก็บประจุหนึ่งแผ่นจากนั้นประจุของตัวเก็บประจุ q = σS,.ในที่ที่มีไดอิเล็กทริกระหว่างเพลต ความต่างศักย์ระหว่างพวกมันสามารถคำนวณได้สำหรับระบบของเพลตที่มีประจุสองแผ่น: ตัวเก็บประจุทรงกลมตัวเก็บประจุแบบทรงกลมประกอบด้วยแผ่นทรงกลมที่มีศูนย์กลางสองแผ่นคั่นด้วยชั้นไดอิเล็กทริกทรงกลม หากเยื่อบุด้านในของตัวเก็บประจุดังกล่าวมีประจุ + q, จากนั้นประจุเหนี่ยวนำจะเกิดขึ้นบนเพลตที่ต่อสายดินภายนอก - q ((รูป - 3.13, b).). สนามของตัวเก็บประจุทรงกลมนั้นกระจุกตัวอยู่ระหว่างแผ่นเปลือกโลกและราวกับว่าประจุนั้นกระจุกตัวอยู่ตรงกลางของทรงกลม ดังนั้นศักยภาพของแผ่นเปลือกโลกจึงเท่ากัน: φ 1 = q/ เอ๋อ 1 , φ 2 = q/ เอ๋อ 2 . ดังนั้นความแตกต่าง ศักย์ระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุเท่ากับ φ 1 – φ 2 = q/ ε (1/ r 1 - 1/ r 2 ) = q (r 1 - r 2 )/ เอ๋อ 1 r 2 . ซึ่งช่วยให้คุณสามารถหาความจุของตัวเก็บประจุแบบทรงกลมได้ ดังนั้น ด้วยช่องว่างขนาดเล็กเมื่อเทียบกับรัศมีของทรงกลม หากรัศมีภายนอกของตัวเก็บประจุทรงกลมมากกว่ารัศมีภายในมาก สูตร (3.37) จะถูกทำให้ง่ายขึ้น:

= เอ๋อ 1

กล่าวคือ ในสิ่งนี้จะเท่ากับความจุของลูกเดี่ยวรัศมี r 1 . ตัวเก็บประจุทรงกระบอกตัวเก็บประจุทรงกระบอกประกอบด้วยแผ่นทรงกระบอกสองแผ่นที่มีแกนร่วมและคั่นด้วยชั้นไดอิเล็กตริกทรงกระบอก (รูปที่ 3.13, c)

รูป - 3.13

หากแผ่นด้านในของตัวเก็บประจุดังกล่าวถูกประจุ (โดยที่แผ่นเปลือกนอกต่อกราวด์) จากนั้นละเลยผลกระทบของขอบสนามนั้นถือได้ว่ามีความสมมาตรในแนวรัศมีและมีความเข้มข้นระหว่างแผ่นทรงกระบอก ความแรงของสนามระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุถูกสร้างขึ้นโดยประจุในกระบอกสูบด้านในเท่านั้นและที่จุดที่ระยะห่าง r จากแกนของกระบอกสูบคือ: E = 2τ/εr โดยที่ τ คือความหนาแน่นประจุเชิงเส้น การเปลี่ยนแปลงศักยภาพในส่วน dr นั้นสัมพันธ์กันโดยความสัมพันธ์: - / ดร = อี, ที่ไหน = - อี ดร = -( 2τ/εr) ดร. ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างเพลต 2 – φ 1 ) เราได้รับโดยการรวมนิพจน์นี้เข้ากับ ตั้งแต่ R 1 ก่อน R 2 : φ 2 – φ 1 = - ∫( 2τ/εr) ดร = - 2τ/εr ln(R 2 / R 1 ). ดังนั้น ความจุของตัวเก็บประจุทรงกระบอก

จาก= q/(φ 1 φ 2 ) = ε ลิตร/2ln(R 2 /ร 1 )

ที่ไหน R 2 และ R 1 - รัศมีกระบอกสูบ ความจุของสายเคเบิลใต้ดินและแกนเดี่ยวสามารถคำนวณได้จากสูตรของตัวเก็บประจุทรงกระบอกในขณะที่แกนโลหะมีบทบาทในการบุด้านในและบทบาทของชั้นนอกคือเกราะ ค่าความจุสามารถเปลี่ยนได้โดยเชื่อมต่อตัวเก็บประจุกับแบตเตอรี่ด้วยวิธีต่างๆ ที่ การเชื่อมต่อแบบขนานตัวเก็บประจุ(รูป - 3.14, ก)ทั่วไปสำหรับตัวเก็บประจุทั้งหมดคือแรงดันไฟฟ้า ยู, นั่นเป็นเหตุผล ยู = ยู 1 = ยู 2 = ยู 3 ; ประจุแบตเตอรี่ทั้งหมดคือ q = q 1 + q 2 + q 3 + . ดังนั้นความจุของแบตเตอรี่คือ ค =q/ ยู = q 1 / ยู+ q 2 / ยู+ q 3 / ยู + . แต่ q 1 / ยู= C 1 , q 2 / ยู= C 2 , q 3 / ยู= C 3 เป็นต้น ดังนั้น

C=C 1 +C 2 + C 3 + = ∑ ผม ,

เหล่านั้น. ความจุของแบตเตอรี่เมื่อต่อตัวเก็บประจุแบบขนานเท่ากับผลรวมของความจุของตัวเก็บประจุแต่ละตัว เห็นได้ชัดว่าในกรณีนี้ แรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานได้จะถูกกำหนดโดยแรงดันไฟฟ้าที่สอดคล้องกันของตัวเก็บประจุหนึ่งตัว เมื่อตัวเก็บประจุเชื่อมต่อแบบอนุกรม (รูปที่ 3.14, b) จะเหมือนกันสำหรับตัวเก็บประจุทั้งหมด เนื่องจากปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำจะมีประจุ คิวเท่ากับการชาร์จแบตเตอรี่จนเต็ม: q = q 1 = q 2 = q 3 = . แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ถูกกำหนดโดยผลรวมของแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุแต่ละตัว: ยู = = ยู 1 + ยู 2 + ยู 3 + ; ดังนั้นสำหรับแบตเตอรี่ทั้งหมดเป็นจริง: q/ = q/จาก 1 + q / 2 + q/ 3 + หรือ

1/ = 1 /С 1 + 1 / 2 + 1/ 3 + = ∑1/ ผม .

เมื่อตัวเก็บประจุเชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม ค่าส่วนกลับของความจุจะถูกรวมเข้าด้วยกัน เช่น มีการเชื่อมต่อแบบอนุกรม พีความจุของแบตเตอรี่ตัวเก็บประจุเท่ากันใน พีน้อยกว่าความจุของตัวเก็บประจุตัวเดียวจำนวนเท่าของแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุแต่ละตัวน้อยกว่าแรงดันแบตเตอรี่ เมื่อรวมการเชื่อมต่อทั้งสองประเภทเข้าด้วยกัน คุณจะได้แบตเตอรี่แบบผสมที่มีข้อมูลหลากหลาย (รูปภาพ - 3.14, c)


รูป - 3.14

ในการคำนวณความจุด้วยการเชื่อมต่อดังกล่าว ก่อนอื่นคุณสามารถคำนวณความจุของตัวเก็บประจุแต่ละกลุ่ม แทนแบตเตอรี่ที่มีการเชื่อมต่อแบบขนานหรือแบบอนุกรม จากนั้นให้แทนที่ด้วยตัวเก็บประจุหนึ่งตัวที่มีความจุที่เหมาะสม

3.2.2 อิเล็กทริก ค่าใช้จ่ายฟรีและถูกผูกมัด, โพลาไรซ์

ในช่วงกลางศตวรรษที่ผ่านมา ฟาราเดย์ทดลองใช้ตัวเก็บประจุทรงกลมสังเกตว่าถ้าช่องว่างระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุเต็มไปด้วยกำมะถัน (แทนที่จะเป็นอากาศ) ความจุของตัวเก็บประจุจะเพิ่มขึ้นหลายเท่า ต่อจากนั้นก็พบว่าปรากฏการณ์นี้มีลักษณะทั่วไปและความจุของตัวเก็บประจุใด ๆ ขึ้นอยู่กับสารที่ไม่นำไฟฟ้า (ไดอิเล็กทริก) เติมช่องว่างระหว่างแผ่นเปลือกโลก แสดงโดย จาก 0 ความจุของตัวเก็บประจุเมื่อช่องว่างระหว่างจานเป็นสุญญากาศ จากนั้นเมื่อมีไดอิเล็กตริกระหว่างเพลตของตัวเก็บประจุความจุจะเป็น: จาก = ε จาก 0 . ค่า ε เรียกว่า ค่าการอนุญาตปานกลางแสดงให้เห็นว่าความจุของตัวเก็บประจุเพิ่มขึ้นกี่ครั้งหากมีไดอิเล็กตริกให้แทนสูญญากาศระหว่างแผ่น ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกขึ้นอยู่กับธรรมชาติของไดอิเล็กตริกและสภาวะที่มันตั้งอยู่ (อุณหภูมิ ความดัน ฯลฯ) จากประสบการณ์พบว่าสารทุกชนิด ε >1. ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ε มีปริมาณไม่มีมิติ: สำหรับสุญญากาศ ε =1. ค่าการอนุญาติให้สื่ออื่น ๆ แตกต่างกันไปจากค่าที่แตกต่างกันเล็กน้อยจากความสามัคคี (ก๊าซที่ความดันบรรยากาศ) ไปจนถึงหลายสิบ น้ำมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูงเป็นพิเศษ (ε = 81) พิจารณาว่าจะเกิดอะไรขึ้นเมื่อมีการแนะนำอิเล็กทริกที่เป็นเนื้อเดียวกันระหว่างเพลตของตัวเก็บประจุแบบแบน ก่อนอื่นให้เราถือว่าแผ่นตัวเก็บประจุถูกตัดการเชื่อมต่อจากวัตถุโดยรอบเพื่อให้ประจุบนพวกมันยังคงไม่เปลี่ยนแปลง: q = σ . ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ การเพิ่มความจุของตัวเก็บประจุเมื่อเติมด้วยไดอิเล็กตริกเกิดขึ้นเนื่องจากความต่างศักย์ระหว่างแผ่นเปลือกโลกลดลง แท้จริงจากความสัมพันธ์ ค =q/(φ 1 φ 2 ) จะเห็นได้ว่าความจุที่เพิ่มขึ้น ε เวลาควรจะเกิดขึ้นเนื่องจากการลดลงใน ε คูณความต่างศักย์ 1 2 ) ปกของมัน การลดลงของความต่างศักย์เกิดขึ้นเนื่องจากการอ่อนตัวของความแรงของสนามไฟฟ้าสถิตระหว่างแผ่นเปลือกโลก: อี = (φ 1 φ 2 )/ d. ความแรงของสนาม อีระหว่างเพลตของตัวเก็บประจุที่เติมไดอิเล็กตริกกับความแรงของสนาม E 0 ของตัวเก็บประจุเปล่าตัวเดียวกันมีความสัมพันธ์กันภายใต้เงื่อนไขดังต่อไปนี้

อี = อี 0

ให้เราวิเคราะห์สาเหตุของการอ่อนตัวของสนาม ในไดอิเล็กตริกที่นำเข้าสู่สนามไฟฟ้าระหว่างเพลตของตัวเก็บประจุ โพลาไรเซชันจะเกิดขึ้นพร้อมกับการกระจายประจุในโมเลกุลของไดอิเล็กตริกหรือการหมุนของโมเลกุลไดโพล ในกรณีของไดอิเล็กตริกที่เป็นเนื้อเดียวกัน โพลาไรซ์นี้ไม่ได้มาพร้อมกับการก่อตัวของประจุอวกาศในความหนาของไดอิเล็กตริก เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วโมเลกุลจะเป็นกลางและประจุของโมเลกุลที่อยู่ใกล้เคียงจะชดเชยซึ่งกันและกัน (ดูรูปที่ 53) อย่างไรก็ตาม ที่ขอบของอิเล็กทริก การชดเชยประจุจะไม่เกิดขึ้น ในกรณีนี้ ประจุบวกที่ไม่ได้รับการชดเชยจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวที่หันเข้าหาแผ่นลบ และประจุลบจะปรากฏบนพื้นผิวที่หันไปทางแผ่นบวก ค่าใช้จ่ายเหล่านี้เรียกว่า ภาระผูกพันและสามารถพิจารณาการกระจายบนพื้นผิวของไดอิเล็กตริกที่มีความหนาแน่นของพื้นผิวคงที่ + σ" และ - σ". เป็นผลให้สนามไฟฟ้าเพิ่มเติมถูกสร้างขึ้นในไดอิเล็กทริกซึ่งเกิดขึ้นจากโพลาไรเซชันของอิเล็กทริกซึ่งพุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางของสนามที่สร้างขึ้นโดยแผ่นตัวเก็บประจุ สมมติว่าสนามระหว่างแผ่นเปลือกโลกที่ไม่มีอิเล็กทริกอยู่ในนั้นมีความแรง อี 0 . ค่า อี 0 สัมพันธ์กับความหนาแน่นของประจุบนเพลต ซึ่งเราจะเรียกว่า ฟรี, อัตราส่วน: อี 0 = σ / ε 0 . . ความแรงของสนาม อี". ที่สร้างขึ้นโดยโพลาไรเซชันของอิเล็กทริกนั้นสัมพันธ์กับความหนาแน่นของประจุที่ถูกผูกไว้โดยความสัมพันธ์ที่คล้ายคลึงกัน: อี" = σ"/ ε 0 . . สนามทั้งหมดระหว่างเพลตของตัวเก็บประจุที่เต็มไปด้วยไดอิเล็กตริกจะมีลักษณะเป็นความเข้ม อี,เท่ากับผลรวมทางเรขาคณิตของความแรงของสนามของเพลตและสนามของไดอิเล็กตริกโพลาไรซ์: E=E 0 + อี". โดยถือว่าทิศทาง อี 0 และ อี"ในทางกลับกัน เราพบค่าตัวเลขของความแรงที่ได้: เราพบความสัมพันธ์ระหว่างความหนาแน่นของประจุที่ถูกผูกไว้กับความแรงของสนามในไดอิเล็กตริก: σ" = (σ-E)/ ε 0 . = (εE -E)/ ε 0 . = ε 0 . (ε -1) อี= χЕε0. ค่า

χ = (ε-1).

เรียกว่า ค่าสัมประสิทธิ์โพลาไรซ์เห็นได้ชัดว่า ค่าสัมประสิทธิ์โพลาไรซ์ขึ้นอยู่กับชนิดของอิเล็กทริก จากความเท่าเทียมกันครั้งสุดท้าย จะเห็นได้ว่าความหนาแน่นของประจุที่เกิดขึ้นที่ขอบของไดอิเล็กตริกอันเป็นผลมาจากโพลาไรเซชันนั้นแปรผันตามความแรงของสนามที่กระทำในไดอิเล็กตริก โปรดทราบว่าไดอิเล็กทริกแบบโพลาไรซ์จะสร้างสนามที่อ่อนตัวลงระหว่างขอบเขตเท่านั้น ดังนั้น หากมีช่องว่างระหว่างไดอิเล็กตริกกับเพลต ความแรงของสนามไฟฟ้าในตัวจะเท่ากับก่อนการนำไดอิเล็กตริกมาใช้ ตอนนี้ให้เราพิจารณาผลกระทบของไดอิเล็กทริกในกรณีที่ไดอิเล็กตริกถูกนำเข้าสู่ตัวเก็บประจุบนเพลตซึ่งมีความต่างศักย์คงที่คงที่ (โดยการเชื่อมต่อเพลตกับแหล่งกำเนิดของความต่างศักย์คงที่) ในกรณีนี้ ความแรงของสนามระหว่างแผ่นเปลือกโลกยังคงเท่าเดิมก่อนที่จะมีการเพิ่มชั้น (ตามความสัมพันธ์พื้นฐานระหว่างความแรงและศักยภาพ) เนื่องจากโพลาไรเซชันของอิเล็กทริกทำให้สนามอ่อนตัวลง เป็นที่ชัดเจนว่าการรักษาระดับความเข้มให้คงที่นั้นเป็นไปได้เฉพาะกับการเพิ่มขึ้นของประจุฟรีบนเพลตของตัวเก็บประจุของประจุของแหล่งกำเนิดที่เชื่อมต่อ กำลังการผลิตที่เพิ่มขึ้นใน ε ครั้งหมายความว่าภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ค่าใช้จ่ายบนจานจะเพิ่มขึ้นโดย ε ครั้งหนึ่ง. พลังงานตัวเก็บประจุต่อหน้าอิเล็กทริกพลังงานสนามในไดอิเล็กทริก มาดูกันว่าเกิดอะไรขึ้นกับพลังงานของตัวเก็บประจุเมื่อมีการนำอิเล็กทริกระหว่างแผ่นเปลือกโลก พลังงานตัวเก็บประจุ อีถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์

W = 1/2 q(φ 1 φ 2 )

ที่ไหน q คือประจุบนแผ่นคาปาซิเตอร์ เนื่องจากนี่คือนิพจน์สำหรับ W ได้รับบนพื้นฐานของการคำนวณการทำงานของการถ่ายโอนประจุระหว่างเพลตที่มีความต่างศักย์ที่กำหนดเท่านั้นจากนั้นก็ยังคงใช้ได้แม้ว่าจะมีอิเล็กทริกระหว่างเพลตของตัวเก็บประจุ สูตรนี้ช่วยให้คุณเปรียบเทียบพลังงานได้ W ตัวเก็บประจุเปล่าที่มีพลังงาน W" ตัวเก็บประจุตัวเดียวกันที่เต็มไปด้วยไดอิเล็กตริก มีความจำเป็นต้องชี้แจงเงื่อนไขที่ทำการเปรียบเทียบ หากข้อกล่าวหา บนจานของตัวเก็บประจุเปล่าและตัวเก็บประจุที่มีอิเล็กทริกเหมือนกัน , ความแตกต่างของพลังงานเกิดจากความแตกต่างของความต่างศักย์บนเพลตของตัวเก็บประจุทั้งสองตัว ในกรณีนี้ ความต่างศักย์บนเพลตของตัวเก็บประจุที่เต็มไปด้วยไดอิเล็กตริกใน ε น้อยกว่าความต่างศักย์บนเพลตของตัวเก็บประจุเปล่า ดังนั้นภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้เราจะได้ W"/ W= 1/ε,เช่น พลังงาน ตัวเก็บประจุลดลง เมื่อเติมไดอิเล็กตริก ε ครั้งหนึ่ง. ในทางตรงกันข้าม หากตัวเก็บประจุเปล่าและตัวเก็บประจุแบบเติมไดอิเล็กทริกบนเพลตยังคงรักษาความต่างศักย์เท่าเดิม จากนั้นพลังงานจะเป็นสัดส่วนกับค่าธรรมเนียมฟรี q บนหน้าปก ในกรณีนี้ ดังที่เราได้เห็น ประจุของเพลตของตัวเก็บประจุที่เต็มไปด้วยไดอิเล็กตริกใน ε คูณด้วยประจุของเพลตของตัวเก็บประจุเปล่า และเราจะได้ W"/ W = ε, เช่น พลังงาน ตัวเก็บประจุเพิ่มขึ้น เมื่อเติมอิเล็กทริก การเพิ่มขึ้นของพลังงานเกิดขึ้นเนื่องจากแหล่งที่รักษาความต่างศักย์คงที่ทั่วทั้งแผ่นเปลือกโลก จากนิพจน์สำหรับพลังงานตัวเก็บประจุ W = 1/2 q(φ 1 φ 2 ) ง่ายต่อการค้นหาความหนาแน่นพลังงานของสนามไฟฟ้าสถิตภายในอิเล็กทริก ในการทำเช่นนี้ ให้พิจารณาตัวเก็บประจุแบบแบนที่เต็มไปด้วยไดอิเล็กทริก ซึ่งเป็นสนามที่ถือได้ว่าสม่ำเสมอ แทนประจุเป็นนิพจน์สำหรับพลังงาน q และความต่างศักย์ ( φ 1 - φ 2) , แสดงในแง่ของความแรงของสนาม, q= σS = ε 0 ε SE/ และ ( φ 1 φ 2 ) = เอ็ด, มาหาเราพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับกระบวนการโพลาไรเซชันของไดอิเล็กทริก อิเล็กทริกประกอบด้วยโมเลกุลซึ่งรวมถึงอนุภาคที่มีประจุ - อิเล็กตรอนเชิงลบและนิวเคลียสบวก ประจุบวกและประจุลบภายในแต่ละโมเลกุลจะตัดกันเพื่อให้โมเลกุลโดยรวมเป็นกลาง อย่างไรก็ตาม จุดศูนย์ถ่วงของประจุบวกและประจุลบในโมเลกุลสามารถเปลี่ยนแปลงสัมพันธ์กัน ซึ่งนำไปสู่การปรากฏตัวของโมเมนต์ไดโพล R . ในกรณีที่ไม่มีสนามภายนอก เนื่องจากการเคลื่อนที่ของความร้อนแบบสุ่ม โมเมนต์ของโมเลกุลจะเปลี่ยนไปในทิศทางที่แตกต่างกัน ถ้าเราจัดสรรวอลุ่ม ∆ วี อิเล็กทริกที่มีโมเลกุลจำนวนมากเพียงพอ จากนั้นจึงรวมเวกเตอร์ของโมเมนต์ของโมเลกุลทั้งหมด R ที่อยู่ในปริมาณนี้จะเท่ากับศูนย์ ในการปรากฏตัวของสนามไฟฟ้าภายนอก ไดโพลบางส่วนจะหมุนไปตามสนาม ผลรวมของโมเมนต์ของพวกมัน R จะแตกต่างจากศูนย์ ไดอิเล็กทริกที่มีโมเมนต์ไดโพลที่เน้นไปที่ระดับหนึ่งหรืออื่นจะกลายเป็น โพลาไรซ์การวัดโพลาไรซ์ไดอิเล็กตริกคือเวกเตอร์ R , เท่ากับโมเมนต์รวมของโมเลกุล R , ต่อหน่วยปริมาตร: R = ∑ R /∆วี. ปริมาณ ∆ วี, ภายในซึ่งผลรวมของโมเมนต์ของแต่ละโมเลกุลถูกนำมา R จะต้องมีจำนวนโมเลกุลที่เพียงพอ แต่ในขณะเดียวกันก็มีขนาดเล็กจนมีปริมาณมหภาคทั้งหมดอยู่ภายใน - ความหนาแน่น อุณหภูมิ ความแรงของสนามไฟฟ้าสถิต อีเป็นต้น - ถือได้ว่าเป็นการถาวร เวกเตอร์ R ถูกเรียก เวกเตอร์โพลาไรซ์ระดับของการวางแนวของโมเลกุลเป็นสัดส่วนกับความแรงของสนาม อีภายในอิเล็กทริก จากนั้นเวกเตอร์โพลาไรซ์ Rจะเป็นสัดส่วนกับความแรงของสนาม อี:

R = χ อี

ถ้าในตอนแรกโมเลกุลไม่มีโมเมนต์ไดโพล (ไม่ใช่โมเลกุลมีขั้ว) จากนั้นภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าภายนอก ประจุในโมเลกุลจะถูกแทนที่ และมีโมเมนต์ไดโพล R. และในกรณีนี้ ผลรวมของช่วงเวลาสามารถพิจารณาได้สัดส่วนกับความแรงของสนาม ในกรณีของโมเลกุลขั้วที่ไม่แข็งกระด้าง R จะเพิ่มขึ้นด้วยเหตุผลสองประการ: เนื่องจากการเพิ่มขึ้นของโมเมนต์ของโมเลกุล R และเนื่องจากการปฐมนิเทศของพวกเขา แต่ในกรณีนี้ก็เช่นกัน ช่วงเวลาทั้งหมด

การถอดเสียง

1 ฟิสิกส์ 33 Viktor Vasilyevich Mozhaev ผู้สมัครสาขาวิทยาศาสตร์กายภาพและคณิตศาสตร์รองศาสตราจารย์ภาควิชาฟิสิกส์ทั่วไปของสถาบันฟิสิกส์และเทคโนโลยีแห่งมอสโก (MIPT) สมาชิกกองบรรณาธิการของ Kvant Journal Dielectric ในตัวเก็บประจุแบบแบน บทความกล่าวถึง ตัวเลือกต่างๆ การเติมตัวเก็บประจุแบบแบนด้วยไดอิเล็กตริกในการแก้ปัญหาประเภทนี้จะใช้วิธีการของวงจรสมมูลวิเคราะห์ปัญหาเพื่อคำนวณงานขั้นต่ำที่ต้องใช้ในการเติมตัวเก็บประจุแบบแบนด้วยไดอิเล็กตริกรวมถึงการคำนวณ แรงที่กระทำต่อไดอิเล็กทริกบางส่วนถูกผลักเข้าไปในตัวเก็บประจุแบบแบน ในทั้งสองกรณี ใช้วิธีคำนวณพลังงานไดอิเล็กทริก ซึ่งแตกต่างจากตัวนำส่วนใหญ่ตรงที่พวกมันแทบไม่มีอิเล็กตรอนอิสระเลยเมื่อเทียบกับโลหะ ดังนั้นจึงไม่นำกระแสไฟฟ้า ด้วยเหตุผลเดียวกัน พวกมันจึงมีพฤติกรรมแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงในสนามไฟฟ้าสถิตภายนอก: อิเล็กตรอนอิสระของตัวนำจะคัดกรองสนามภายนอกอย่างสมบูรณ์ พวกมันจะถูกแจกจ่ายซ้ำเพื่อให้สนามภายในตัวนำเป็นศูนย์ ในขณะที่ไดอิเล็กทริกจะลดสนามภายนอกเพียงบางส่วนเท่านั้น เนื่องจากอิเล็กตรอนอิสระแต่เป็นผลมาจากการโพลาไรซ์ของโมเลกุลไดอิเล็กตริก (อะตอม) ในกรณีของโพลาไรเซชันสม่ำเสมอ เช่น เมื่อแบน ตัวเก็บประจุที่มีประจุจะเต็มไปด้วยไดอิเล็กทริก (ของแข็ง ของเหลว ก๊าซ) บนพื้นผิวของไดอิเล็กตริกที่สัมผัสกับเพลตตัวเก็บประจุ ประจุที่ถูกผูกไว้ (โพลาไรเซชัน) จะปรากฏขึ้น: แผ่นประจุบวกมีประจุลบ และ เพลตที่มีประจุลบมีประจุบวก ประจุที่ถูกผูกไว้ทั้งหมดตามธรรมชาติจะเท่ากับศูนย์ เนื่องจากไดอิเล็กตริกเป็นกลางทางไฟฟ้า ประจุที่ถูกผูกไว้เหล่านี้สร้างสนามของพวกมันเองซึ่งพุ่งตรงไปยังภายนอกและชดเชยบางส่วน ระดับการชดเชยของภายนอก สนามขึ้นอยู่กับโครงสร้างโมเลกุล (อะตอม) ของไดอิเล็กทริกและการกำหนดค่าของปริมาตรที่มันครอบครอง ปล่อยให้มีการกระจายประจุฟรีบางส่วนในพื้นที่โดยรอบ ถ้าเราเก็บการกระจายนี้และเติมพื้นที่ทั้งหมดที่เป็นสนาม ไม่เท่ากับศูนย์ด้วยอิเล็กทริก จากนั้นความแรงของสนามจะลดลงทุกที่ด้วยปัจจัยของ ε ลักษณะทางกายภาพของอิเล็กทริก ε เรียกว่า สภาพการยอมของสารที่กำหนด โดยทั่วไปสำหรับ การวัดสถานการณ์นี้คือตัวเก็บประจุที่มีประจุ (แบน, ทรงกลมหรือทรงกระบอก) หากเราเก็บประจุบนตัวเก็บประจุดังกล่าวและเติมอิเล็กทริกด้วยความอนุญาต ε ให้สมบูรณ์ความแรงของสนาม ณ จุดใด ๆ ภายในตัวเก็บประจุจะลดลง โดย ε ครั้ง และความจุของตัวเก็บประจุดังกล่าวจะเพิ่มขึ้นตามจำนวนเท่าเดิม แต่ถ้าเรารักษาความต่างศักย์คงที่ระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุ จากนั้นหลังจากเติมตัวเก็บประจุด้วยไดอิเล็กตริก สนามภายในจะไม่เปลี่ยน การอนุรักษ์ ค่าสนามนำไปสู่การเพิ่มค่าใช้จ่ายฟรีบนแผ่นตัวเก็บประจุโดยε ครั้ง

2 34 ฟิสิกส์ ปัจจัยอีกประการหนึ่งที่ส่งผลต่อขนาดความแรงของสนามในไดอิเล็กตริกคือการกำหนดค่าของพื้นที่ส่วนนั้นที่เต็มไปด้วยไดอิเล็กตริก สำหรับไดอิเล็กตริกที่มีรูปทรงตามอำเภอใจนี่เป็นงานที่ยากมาก ด้านล่างเราจะวิเคราะห์ ตัวอย่างที่เป็นรูปธรรมซึ่งเราจำกัดตัวเองให้อยู่ในรูปแบบที่ง่ายที่สุดของไดอิเล็กตริก: แผ่นบางหรือชั้นของอิเล็กทริกระหว่างพื้นผิวทรงกลมสองอัน ภารกิจที่ 1 ตัวเก็บประจุอากาศแบบแบนที่มีความจุ C 0 เชื่อมต่อกับแหล่งกระแสที่รักษาความต่างศักย์ U บน แผ่นตัวเก็บประจุ 1) ประจุใดจะไหลผ่านแหล่งกำเนิดเมื่อเติมช่องว่างระหว่างจานด้วยของเหลวที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ε?) ค่าประจุที่ถูกผูกไว้ของไดอิเล็กตริกใกล้พื้นผิวของเพลตตัวเก็บประจุจะเป็นเท่าใด เห็นได้ชัดว่าประจุบนตัวเก็บประจุอากาศของเราก่อนเติมไดอิเล็กตริกคือ 0 = C 0 U หลังจากเติมของเหลวไดอิเล็กตริก ความจุของตัวเก็บประจุจะเพิ่มขึ้น ε ครั้ง: C 1 = ε C 0 ตัวเก็บประจุจะเกิดขึ้นเนื่องจากประจุ ที่ไหลผ่านแบตเตอรี่: Δ bat \u003d 1 0 \u003d (ε 1) C0U หลังจากที่ของเหลวเติมตัวเก็บประจุแล้วจะมีประจุฟรี 1 บนจานและประจุที่ถูกผูกไว้ q (รูปที่ 1) มาหา ค่าของประจุนี้ ความแรงของสนามไฟฟ้าในของเหลวภายในตัวเก็บประจุ U E =, (1) โดยที่ระยะห่างระหว่างแผ่นตัวเก็บประจุ ในทางกลับกัน สนามในตัวเก็บประจุจะแสดงผ่านประจุรวม (free plus bound) ที่พื้นผิว ของเพลต: 1 q E = พันธะ () โดยที่ S คือพื้นที่ของเพลตเท่ากับ (1) และ () เราได้รับ ε0su qbond = 1 = (ε 1) C0U เราพบว่าประจุที่ถูกผูกไว้มีค่าเท่ากัน ให้ฟรีค่าใช้จ่ายไหลลงสู่จาน y มันควรจะเป็นเช่นนั้นเนื่องจากสนามภายในตัวเก็บประจุยังคงไม่เปลี่ยนแปลง งาน ตัวเก็บประจุอากาศแบบแบนที่มีแผ่นสี่เหลี่ยมถูกเติมด้วยอิเล็กทริกบางส่วนดังแสดงในรูปที่ a, b กำหนดความแรงของสนามไฟฟ้าภายในไดอิเล็กตริกหากประจุ บนแผ่นตัวเก็บประจุเท่ากันพื้นที่ของแผ่น S, ค่าความเป็นฉนวนไดอิเล็กตริกε

3 ฟิสิกส์ 35 รูปที่ b พิจารณากรณีที่ตัวเก็บประจุเต็มไปด้วยชั้นอิเล็กทริกที่มีความหนาบางส่วน ชั่วโมง (รูปที่ a) ในกรณีที่ไม่มีไดอิเล็กตริก ความแรงของสนามไฟฟ้าในตัวเก็บประจุจะเท่ากับ E = (1) ด้วย การเติมบางส่วนดังกล่าว เราสามารถพิจารณาตัวเก็บประจุของเราว่าเป็นระบบของตัวเก็บประจุสองตัวที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม: อากาศหนึ่งที่มีความจุ ε0s Cair =, h และอีกอันเต็มไปด้วยไดอิเล็กตริก ความจุคือ εε 0 S Cdiel = h แต่ละ ของตัวเก็บประจุมีประจุ ดังนั้น ความต่างศักย์ในส่วนที่เติมของตัวเก็บประจุ h Udiel = C = εε diel 0 S จากนั้นความแรงของสนามในตัวเก็บประจุที่เติม Udiel Ediel = h = εε 0 S การเปรียบเทียบนิพจน์ที่ได้รับกับ (1 ) เราจะเห็นว่าความแรงของสนามในไดอิเล็กทริกลดลง ε เท่า และการอ่อนตัวของสนามนี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความหนาของชั้นไดอิเล็กตริก ด้วยวิธีการบรรจุนี้ สนามสูงสุดที่อ่อนตัวลงในไดอิเล็กตริกเกิดขึ้น มาต่อกันที่ กรณีที่สอง (รูปที่ b) ในกรณีนี้ เราสามารถพิจารณาตัวเก็บประจุของเราเป็น ระบบของตัวเก็บประจุสองตัวที่เชื่อมต่อแบบขนานกับความจุ: ε0 S(S l) εε 0 S l Cair = และ Cdiel = โดยที่ S คือขนาดของแผ่นตัวเก็บประจุระหว่างเพลตของตัวเก็บประจุ U = =, C รวม ล. ( ε 1) 1 + S และความแรงของสนามในไดอิเล็กตริก U Ediel = = l(ε 1) 1 + S ให้เราวิเคราะห์นิพจน์ผลลัพธ์สำหรับการพึ่งพา E diel บน l เมื่อ l เข้าใกล้ S สนามในไดอิเล็กตริกจะลดลง และมีแนวโน้มเป็นค่า Ediel(S) =, εεs 0 และเมื่อ l มีแนวโน้มเป็นศูนย์ สนามจะเพิ่มขึ้น และที่ l = 0 Ediel(0) = สำหรับกฎเกณฑ์ l สนามใน dielectric Ediel(l) εεs εs 0 0 ปัญหาที่ 3 ช่องว่างระหว่างเพลตของตัวเก็บประจุแบบแบนนั้นเต็มไปด้วยไดอิเล็กทริกที่แตกต่างกันสองชั้น: ชั้นของความหนา h 1 ที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริก ε 1 และชั้นของความหนา h กับ ε พื้นที่ของเพลต S, ระยะห่างระหว่างพวกเขาคือ h 1 + h 1) กำหนดความจุของตัวเก็บประจุดังกล่าว) ค้นหาความแรงของสนามไฟฟ้าภายในแต่ละชั้นหากประจุบนฝาครอบ kah เท่ากับ

if ($this->show_pages_images && $page_num doc["images_node_id"]) ( ทำต่อ; ) // $snip = Library::get_smart_snippet($text, DocShare_Docs::CHARS_LIMIT_PAGE_IMAGE_TITLE); $snips = ไลบรารี::get_text_chunks($text, 4); ?>

4 36 ฟิสิกส์ ลองพิจารณาตัวเก็บประจุของเราเป็นระบบของตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมสองตัว C 1 และ C ที่มีความจุ: εε 0 1S εε 0 S C1 = ; C = h1 h ความจุของระบบดังกล่าว CC 1 ε0 S Ctotal C1 + C h h1 + ε ε1 ความต่างศักย์ไฟฟ้า U 1 บนตัวเก็บประจุที่มีความจุ C 1 h1 C1 εε 0 1S ที่มีความจุ C 1 E1 h1 εε 0 1S ความแรงของสนามภายใน ตัวเก็บประจุที่มีความจุ C U E ชั่วโมง εε S 0 ซึ่งเท่ากับ l 1 กำหนดแรงดึงดูดระหว่างเพลตหากความต่างศักย์ระหว่างพวกมันเท่ากับ U และพื้นที่ของเพลต S ตัวเก็บประจุด้วย การเติมด้วยไดอิเล็กตริกนั้นเทียบเท่ากับตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมสองตัวซึ่งหนึ่งในนั้นคืออากาศที่มีความจุε0s C1 =, l1 และอีกอันเต็มไปด้วยไดอิเล็กทริกที่มีความจุεε 0 S C = l สามารถแสดงได้โดย พิจารณาตัวเก็บประจุที่ต้องการเป็น การเชื่อมต่อแบบอนุกรมตัวเก็บประจุสามตัว: ตัวเก็บประจุอากาศที่มีระยะห่าง x ระหว่างแผ่นเปลือกโลก (x คือระยะห่างจากแผ่นด้านบนของตัวเก็บประจุที่ต้องการไปยังแผ่นอิเล็กทริก) ตัวเก็บประจุที่มีความหนาเป็นฉนวน l และตัวเก็บประจุอากาศที่มีระยะห่างระหว่างแผ่นเปลือกโลก (หมายเหตุบรรณาธิการ) l1 x ความจุรวมของตัวเก็บประจุ CC 1 εε 0 S Ctotal C1 + C l +εl1 ประจุบนแผ่นตัวเก็บประจุ εε 0 SU = Ctot U= l +ε l 1 ความต่างศักย์บนตัวเก็บประจุ C 1 εul1 C1 l +ε l1 ความแรงของสนามในช่องว่างอากาศของตัวเก็บประจุ εu E1 l l +ε l 1 1 รูปที่ 3

5 ฟิสิกส์ 37 แรงที่กระทำต่อเพลตตัวเก็บประจุ E1 εε 0 SU F = = (l + εl) 1 เมื่อเขียนนิพจน์ของแรง F ประจุของเพลตจะถูกคูณด้วยค่าครึ่งหนึ่งของสนามใกล้กับเพลต นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าความแรงของสนาม E 1 ถูกสร้างขึ้นโดยประจุของเพลตทั้งสองและเราต้องคูณด้วยสนามที่สร้างขึ้นด้วยจานเดียว: สนามของตัวเองของเพลตไม่ส่งผลกระทบต่อประจุของมัน ปัญหา 5 ตัวเก็บประจุแบบแบน แผ่นเปลือกโลกที่มีพื้นที่ S และตั้งอยู่ในระยะไกลเต็มไปด้วยไดอิเล็กทริกที่เป็นของแข็งที่มีการอนุญาติ ε ตัวเก็บประจุเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ EMF ซึ่งเท่ากับ E หนึ่งในเพลตของตัวเก็บประจุคือ เคลื่อนที่จนเกิดช่องว่างอากาศ x เพลตเคลื่อนที่ได้ไกลแค่ไหนถ้างาน A กระทำโดยแรงภายนอก? เราจะดำเนินงานนี้โดยใช้กฎการอนุรักษ์พลังงาน การย้ายแผ่นตัวเก็บประจุ เราทำงาน A ในขณะเดียวกันแบตเตอรี่ก็ทำงาน A บาท การย้ายประจุจากแผ่นหนึ่งไปอีกแผ่นหนึ่ง งานทั้งสองนี้ไปที่ เปลี่ยนพลังงานของตัวเก็บประจุ: A + Abat \u003d W W1 (1) ในสถานะเริ่มต้นประจุของตัวเก็บประจุεε 0 S 1 = E พลังงานที่เก็บไว้ในตัวเก็บประจุ W 1 = หลังจากย้ายจานความจุ ของตัวเก็บประจุเท่ากับความจุของตัวเก็บประจุสองตัวที่ต่อเป็นอนุกรม: εε 0 S ε0s x εε 0 S C εε 0 S +εx + x ประจุใหม่ของตัวเก็บประจุ = C E = +ε x พลังงานของตัวเก็บประจุหลังจากเคลื่อนที่ E = C = (+ εx) W ประจุที่ไหลผ่านแบตเตอรี่ระหว่างการเคลื่อนไหว εε 1 q= = 0 SE x (+εx) เทียบกับ "EMF ของแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ทำงานเป็นลบ: x Abat \u003d qe \u003d (+εx) ลองแทนที่ (1) นิพจน์ที่พบสำหรับ W1, W, A บาท: ดังนั้น 0 0 xse εεe Sx (+ε) (+ε) A εε = x x x = ε A ปัญหา 6 เพลตไดอิเล็กตริกดึงเข้ามาด้วยแรงเท่าใด ในตัวเก็บประจุแบบแบนที่มีประจุบนเพลตเมื่อเข้าสู่ช่องว่างระหว่างเพลตสำหรับความยาว x (รูปที่ 4)? ระยะห่างระหว่างเพลต ความยาวของเพลตคือ l และความกว้างคือค่าคงที่ไดอิเล็กตริกของเพลต ε พิจารณาช่วงของค่า x ที่ x และ (l x)

6 38 ฟิสิกส์ รูปที่ 4 เพื่อหาแรงที่กระทำต่อแผ่นไดอิเล็กทริกจากสนามไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ เราจะใช้วิธีการเคลื่อนที่เสมือน (จิต) เราใช้แรง F กับเพลตซึ่งมีขนาดเท่ากับการหดกลับ บังคับและมุ่งสู่ ฝั่งตรงข้ามโดยการขยายจานเล็กน้อย Δ x เราจะทำงาน Δ A \u003d F Δ x ตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน งานนี้จะไปเพิ่มพลังงานของตัวเก็บประจุ ) ε0 εε 1 x 0 C (x) = + = พลังงานของตัวเก็บประจุที่มีประจุคือ W = = () C x aε 0 l+ (ε 1) x W = aε 0 l+ (ε 1) x ผลลัพธ์ที่เพิ่มขึ้น ΔW W (x) (Δ x) โดยที่ W (x) เป็นอนุพันธ์ของ x ของฟังก์ชัน W = W(x) เท่ากับ Δ A ถึง Δ W เราจะได้ (ε 1) F = aε 0 l+ (ε 1) x ซึ่งความยาวของแผ่นเปลือกโลก มีขนาดเล็กหรือเทียบเท่ากับระยะทาง เช่น ความจุของตัวเก็บประจุแบบแบน สูตรที่เราใช้คำนวณ M TRUKHAN

34 Viktor Vasilievich Mozhaev ผู้สมัครสาขาวิทยาศาสตร์กายภาพและคณิตศาสตร์รองศาสตราจารย์ภาควิชาฟิสิกส์ทั่วไปของสถาบันฟิสิกส์และเทคโนโลยีแห่งมอสโก (MIPT) สมาชิกกองบรรณาธิการของ Kvant Journal CONDUCTORS CONDUCTORS V V

มหาวิทยาลัยนิวเคลียร์วิจัยแห่งชาติ "MEPhI" การเตรียมการสำหรับการใช้งานในวิชาฟิสิกส์ อาจารย์: ผู้สมัครสาขาวิทยาศาสตร์กายภาพและคณิตศาสตร์, รองศาสตราจารย์ภาควิชาฟิสิกส์, Grushin Vitaly Viktorovich Tension และ

005-006 บัญชี ปี., ซ. ฟิสิกส์. ไฟฟ้าสถิต กฎหมาย กระแสตรง. คำถามทดสอบ. ทำไมเส้นสนามไฟฟ้าตัดกันไม่ได้? ที่มุมตรงข้ามสองมุมของสี่เหลี่ยม

บรรยายที่ 5. ตัวนำในสนามไฟฟ้าสถิต ตัวนำคือสารที่มีประจุอิสระที่สามารถเคลื่อนที่ได้ตลอดปริมาตรของตัวนำ โลหะทั้งหมดเป็นตัวนำไฟฟ้า

เกนกิ้น บี.ไอ. องค์ประกอบของเนื้อหาที่ทดสอบในข้อสอบวิชาฟิสิกส์ ค่าเผื่อการทำซ้ำ สื่อการศึกษา. เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: http://audto-um.u, 013 3.1 สนามไฟฟ้า 3.1.1 กระแสไฟฟ้าของร่างกาย ไฟฟ้า

ตัวนำและไดอิเล็กทริกในสนามไฟฟ้า ตัวเก็บประจุ ความแรงของสนามไฟฟ้าที่พื้นผิวตัวนำในสุญญากาศ: σ E n โดยที่ σ คือความหนาแน่นประจุที่พื้นผิวของตัวนำ

หน่วยงานกลางเพื่อการศึกษา สถาบันการศึกษาสูงกว่า อาชีวศึกษามหาวิทยาลัย PETROZAVODSK รัฐศึกษาคุณสมบัติทางไฟฟ้าของต่างๆ

ตัวอย่างการแก้ปัญหาสำหรับบทเรียนภาคปฏิบัติในหัวข้อ "ไฟฟ้าสถิต" "ตัวเก็บประจุความจุไฟฟ้า" ตัวอย่างที่ให้มาของการแก้ปัญหาจะช่วยให้เข้าใจความหมายทางกายภาพของกฎหมายและปรากฏการณ์ที่นำไปสู่การรวม

IV Yakovlev วัสดุทางฟิสิกส์ MathUs.ru Capacitor พลังงานของสนามไฟฟ้า หัวข้อของตัวแปลงรหัส USE: ความจุไฟฟ้า, ตัวเก็บประจุ, พลังงานของสนามไฟฟ้าของตัวเก็บประจุ สองก่อนหน้า

คำถามทดสอบการสอบในหัวข้อ "ไฟฟ้าสถิต" 1. กฎของคูลอมบ์กำหนดแรงปฏิสัมพันธ์ ตัวนำสองตัวกับกระแส ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่สองจุด เข็มเข็มทิศแม่เหล็กพร้อมตัวนำ

บรรยายที่ 5 อิเล็กทริก. ปริมาณกระแส 1. ปัญหาไดอิเล็กทริก 3.53 ลูกบอลที่ไม่นำไฟฟ้าที่มีประจุซึ่งมีรัศมี R = 4 ซม. ถูกแบ่งครึ่ง ลูกบอลอยู่ในสนามเครื่องแบบภายนอก E 0 \u003d 300 V / cm ตั้งฉากกับ

หัวข้อที่ 9 การคำนวณประจุ พลังงาน และความจุของตัวเก็บประจุ (2 ชั่วโมง) ความจุ วงจรที่มีตัวเก็บประจุ บทบัญญัติและอัตราส่วนพื้นฐาน รูปที่ 9.1. 1. นิพจน์ทั่วไปสำหรับความจุของตัวเก็บประจุ: C \u003d Q U. (9.1) 2

พื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการบรรยาย 5 ค่าไฟฟ้า. 19 ประจุไฟฟ้าเบื้องต้น e 1, 6 1 Cl. ประจุอิเล็กตรอนเป็นลบ (e e) ประจุโปรตอนเป็นบวก (p N e อิเล็กตรอนและ N P โปรตอน

ห้องปฏิบัติการ การหาค่าการอนุญาตสัมพัทธ์ของไดอิเล็กทริกเหลว วัตถุประสงค์ของงานคือเพื่อกำหนดความอนุญาตสัมพัทธ์ของไดอิเล็กตริกเหลวตามผลกระทบ

2 ไฟฟ้า สูตรพื้นฐานและคำจำกัดความ แรงปฏิสัมพันธ์ F ระหว่างประจุคงที่สองจุด q 1 และ q 2 คำนวณตามกฎของคูลอมบ์: F \u003d k q 1 q 2 / r 2 โดยที่ k คือปัจจัยสัดส่วน

9. ตัวนำในสนามไฟฟ้าสถิต 9.1. สมดุลของประจุบนตัวนำ ตัวพาประจุในตัวนำสามารถเคลื่อนที่ได้ภายใต้การกระทำของแรงขนาดเล็กตามอำเภอใจ ดังนั้นสำหรับยอดค่าบริการใน

"ELECTROSTATICS" ประจุไฟฟ้า () เป็นคุณสมบัติพื้นฐานโดยกำเนิดของบางส่วน อนุภาคมูลฐาน(อิเล็กตรอน โปรตอน) แสดงออกในความสามารถในการโต้ตอบผ่านการจัดระเบียบพิเศษ

การฝึกอบรมขั้นต่ำในวิชาฟิสิกส์ หัวข้อฟิสิกส์ กฎการอนุรักษ์พลังงานในวงจรไฟฟ้า คำถามที่เราพิจารณา วงจรไฟฟ้าซึ่งอาจประกอบด้วยแบตเตอรี่ ตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ และขดลวด

การบรรยายครั้งที่ 7 สนามไฟฟ้าในคำถามไดอิเล็กทริก ไดอิเล็กทริกในสนามไฟฟ้า โพลาไรเซชันของไดอิเล็กทริก ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก สนามไฟฟ้าในไดอิเล็กทริก เวกเตอร์ไฟฟ้า

หากตัวนำสองตัวที่แยกจากกันได้รับประจุ q 1 และ q 2 ดังนั้นความต่างศักย์ไฟฟ้า Δφ จะเกิดขึ้นระหว่างกัน ขึ้นอยู่กับขนาดของประจุและรูปทรงของตัวนำ ความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น

ITT- 10.6.2 ตัวเลือก 2 สนามไฟฟ้า 1. หยดเล็ก ๆ ที่มีประจุ +3e แยกจากหยดน้ำที่มีประจุไฟฟ้า -2e ค่าไฟฟ้าที่เหลือจากการดรอปเป็นเท่าไหร่? ก. อี

ฟิสิกส์ 15 Viktor V. Mozhaev ผู้สมัครสาขาวิทยาศาสตร์กายภาพและคณิตศาสตร์รองศาสตราจารย์ภาควิชาฟิสิกส์ทั่วไปของสถาบันฟิสิกส์และเทคโนโลยีแห่งมอสโก (MIPT) สมาชิกกองบรรณาธิการของวารสาร Kvant Transient

ออกกำลังกาย. หัวข้อ สนามไฟฟ้าสถิตในสุญญากาศ งาน (สนามไฟฟ้าสถิตของระบบจุดชาร์จ) ตัวเลือก-. ที่จุดยอดของรูปสามเหลี่ยมด้านเท่าที่มีด้าน a จะมีประจุจุด q q

หน่วยงานของรัฐบาลกลางเพื่อการศึกษา TOMSK STATE UNIVERSITY ของระบบควบคุมและวิทยุอิเล็กทรอนิกส์ (TUSUR) ภาควิชาฟิสิกส์ A.M. ฟิสิกส์ของคิริลลอฟโดยสรุปและตัวอย่าง ตอนที่ 3 ไฟฟ้า

ความจุ. ตัวเก็บประจุ ตัวเลือก 1 1. กำหนดรัศมีของทรงกลมที่มีความจุ 1 pF 3. เมื่อไดอิเล็กตริกถูกนำเข้าสู่ช่องว่างระหว่างเพลตของตัวเก็บประจุอากาศที่มีประจุ แรงดันไฟฟ้าที่ข้ามตัวเก็บประจุ

ไดโพลในสนามไฟฟ้าสถิต ข้อมูลทางทฤษฎีพื้นฐาน สนามไดโพล ไดโพลไฟฟ้าคือชุดของประจุสองค่าเท่ากันของเครื่องหมายตรงข้ามกัน ซึ่งอยู่ห่างจากกัน

7 ความจุของตัวนำและตัวเก็บประจุ ความจุของตัวนำเดี่ยว พิจารณาตัวนำเดี่ยวที่มีประจุซึ่งแช่อยู่ในไดอิเล็กตริกคงที่ ความต่างศักย์ระหว่างจุดสองจุดใดๆ ของตัวนำ

ธนาคารงานโดยประมาณในวิชาฟิสิกส์เกรด 8 (ระดับพื้นฐาน) 1. ลูกบอลสองลูกซึ่งลูกหนึ่งถูกประจุและอีกลูกหนึ่งเป็นลูกกลางสัมผัสกันและแยกจากกัน ลูกจะมีประจุเท่ากันหรือไม่? 1) มีขนาดใหญ่ขึ้นเมื่อชาร์จ;

ห้องปฏิบัติการ 1 การวัดค่าอนุญาตไดอิเล็กทริกของไดอิเล็กทริก งานห้องปฏิบัติการพัฒนาโดยศาสตราจารย์สาวสุกร A.P. 2 3 1. วัตถุประสงค์ของงาน การศึกษาคุณสมบัติของไดอิเล็กตริกและการพัฒนาวิธีการ

งาน "Electrostatics" 1 คู่มือการสอนเกี่ยวกับ "Electrostatics" สำหรับนักเรียนเกรด 10 ธีมІ ค่าไฟฟ้า. กฎของคูลอมบ์ สนามไฟฟ้า. ความแรงของสนามไฟฟ้าสถิต ถ้าร่างกายมี

ITT- 10.6.1 ตัวเลือก 1 ลานไฟฟ้า หยดน้ำขนาดเล็กที่มีประจุ -3e แยกจากหยดน้ำที่มีประจุไฟฟ้า +2e ค่าไฟฟ้าที่เหลือจากการดรอปเป็นเท่าไหร่? เอ อี บี

1 บทที่ 14 พลังงานสนาม ความดัน แรงที่ 1 (ปัญหาที่ 47 ภายในตัวเก็บประจุแบบแบนที่มีพื้นที่ของแผ่น S และระยะห่าง d ระหว่างกันมีแผ่นกระจกที่เติมช่องว่างระหว่างแผ่นเปลือกโลกให้สมบูรณ์

งาน A11 ในวิชาฟิสิกส์ 1 ประจุจุด 4 ncl ถูกย้ายในสนามไฟฟ้าสถิตจากจุด A ที่มีศักย์ 10 V ไปยังจุด C ด้วยศักย์ 14 V จากการเคลื่อนที่ดังกล่าวพลังงานศักย์ของสิ่งนี้

5 ตัวนำในสนามไฟฟ้า 5 ตัวนำไฟฟ้า ตัวนำคือสารที่เมื่อเปิดสนามภายนอก ประจุจะเคลื่อนที่และกระแสจะเกิดขึ้น ตัวนำไฟฟ้าที่ดีที่สุดคือ

1. ประจุบวกสองประจุ q 1 และ q 2 อยู่ที่จุดที่มีเวกเตอร์รัศมี r 1 และ r 2 ค้นหาประจุลบ q 3 และเวกเตอร์รัศมี r 3 ของจุดที่ต้องวางเพื่อให้แรงกระทำ

กระทรวงศึกษาธิการแห่งสหพันธรัฐรัสเซีย Tomsk มหาวิทยาลัยรัฐศาสตร์ภาควิชาฟิสิกส์ทฤษฎีและทดลอง "อนุมัติ" คณบดี ESM I.P. Chernov ความจุไฟฟ้า ตัวเก็บประจุแบบมีระเบียบ

8 เทคนิคไฟฟ้าและแม่เหล็กสำหรับการแก้ปัญหา ตัวนำไฟฟ้าบทในสนามไฟฟ้าความจุไฟฟ้า วัสดุตามทฤษฎีตัวนำคือ ร่างกายวัสดุซึ่งในที่ที่มีไฟฟ้าภายนอก

กระทรวงศึกษาธิการ สหพันธรัฐรัสเซีย GOU VPO USTU-UPI ภาควิชาฟิสิกส์ การบ้านส่วนบุคคลในหัวข้อฟิสิกส์: กฎหมายของคำแนะนำและงานวิธีการทางตรงในปัจจุบัน

สถาบันฟิสิกส์และเทคโนโลยีมอสโก ตัวเก็บประจุ ชุดเครื่องมือในการเตรียมตัวสำหรับการแข่งขันกีฬาโอลิมปิก เรียบเรียงโดย: Parkevich Egor Vadimovich Moscow 014 ให้เรามีผู้ควบคุมตัวคนเดียวด้วย

บทที่ 25 สนามไฟฟ้าในช่องว่างของไดอิเล็กทริก สูตรของคลอเซียส-มอสซอตติ โพลาไรซ์เชิงปฐมนิเทศ กฎหมายคูรี อุณหพลศาสตร์ของไดอิเล็กทริกในสนามไฟฟ้า ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก

การแข่งขันกีฬาโอลิมปิกสำหรับเด็กนักเรียน "Star Talents ในการให้บริการป้องกันและรักษาความปลอดภัย" ฟิสิกส์รอบสุดท้าย (ปีการศึกษา 2014/2015) ภารกิจคีย์และเกณฑ์การประเมินเกรด 10 ตัวเลือก 1 งาน 1 (20 คะแนน) ลูกบอล

งาน A24 ในวิชาฟิสิกส์ 1 กราฟแสดงการพึ่งพาเวลาของแรงของตัวแปร กระแสไฟฟ้าฉันไหลผ่านขดลวดที่มีความเหนี่ยวนำ 5 มก. โมดูลัส EMF ของการเหนี่ยวนำตนเองคืออะไร

การบรรยาย 4. สนามไฟฟ้าของตัวนำที่มีประจุ พลังงานของสนามไฟฟ้าสถิต สนามใกล้ตัวนำ ความจุของตัวนำและตัวเก็บประจุ (ถังทรงแบน ทรงกระบอก และทรงกลม

ฟิสิกส์. 0 คลาส รุ่นสาธิต(90 นาที) งานวินิจฉัยเพื่อเตรียมสอบวิชาฟิสิกส์ ฟิสิกส์. 0 คลาส สาธิต (90 นาที) ตอนที่ 4 ให้สี่

1 การกำหนดสัมพัทธ์ไดอิเล็กทริกสัมพัทธ์ของไดอิเล็กทริก วัตถุประสงค์ของงาน: การกำหนดการทดลองของการอนุญาติสัมพัทธ์ของไดอิเล็กทริกต่างๆ เวลาทำงาน:

Mozhaev Victor Vasilyevich ผู้สมัครสาขาวิทยาศาสตร์กายภาพและคณิตศาสตร์รองศาสตราจารย์ภาควิชาฟิสิกส์ทั่วไปของสถาบันฟิสิกส์และเทคโนโลยีมอสโก (MIPT) องค์ประกอบไม่เชิงเส้นในวงจรไฟฟ้า ในบทความเฉพาะ

St. Petersburg State Electrotechnical University "LETI" ภาควิชาฟิสิกส์

ฟิสิกส์. 0 คลาส สาธิต 3 (90 นาที) งานวินิจฉัย 3 งานเตรียมสอบวิชาฟิสิกส์ ในหัวข้อ "อิเล็กโทรไดนามิกส์" (ไฟฟ้าสถิต กระแสตรง และกระแสสนามแม่เหล็ก)

การบรรยายครั้งที่ 9 พลังงานของสนามไฟฟ้า คำถาม พลังงานของระบบประจุคงที่ พลังงานของตัวนำที่มีประจุ พลังงานของตัวเก็บประจุที่มีประจุ พลังงานและความหนาแน่นของพลังงานของสนามไฟฟ้า

1 บรรยาย 25 สนามไฟฟ้าในโพรงไดอิเล็กทริก สูตรของคลอเซียส-มอสซอตติ โพลาไรซ์เชิงปฐมนิเทศ กฎหมายคูรี พลังงานสนามไฟฟ้าในไดอิเล็กตริก อุณหพลศาสตร์ของไดอิเล็กทริกในอุปกรณ์ไฟฟ้า

4 สนามไฟฟ้าเมื่อมีตัวนำไฟฟ้า ตัวนำไฟฟ้าคือสารที่มีอนุภาคที่มีประจุอิสระ ในตัวนำไฟฟ้า ประจุไฟฟ้าสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระในอวกาศ

การบรรยาย (3) โพลาไรเซชันของไดอิเล็กทริก ตัวนำ ความจุไฟฟ้า คำนำ เนื้อหาของการบรรยายนี้ทำซ้ำหลักสูตรของโรงเรียนบางส่วน (จุดที่ 8 และ 9 ดูด้านล่าง) อธิบายไว้บางส่วนในส่วนทฤษฎีของห้องปฏิบัติการ

บรรยายวิชาฟิสิกส์ทั่วไปคณะรัฐศาสตร์, Moscow State University ตั้งชื่อตาม M.V. Lomonosov ELECTRICITY ประจุไฟฟ้า ประจุไฟฟ้าเรียกว่า ปริมาณทางกายภาพกำหนดคุณสมบัติของวัตถุหรืออนุภาคที่จะเข้าสู่

บทที่ 6 ความจุไฟฟ้า ความจุตัวเก็บประจุ ความจุไฟฟ้าเรียกว่าความสามารถของร่างกายในการกักเก็บไฟฟ้าจำนวนหนึ่งไว้ในขณะเดียวกันก็เพิ่มศักยภาพขึ้นอีกระดับหนึ่ง

บทที่สี่โพลาไรซ์และการสูญเสียไดอิเล็กทริกในไดอิเล็กทริกของตัวเก็บประจุ 4.1 โพลาไรเซชันในไดอิเล็กทริกของตัวเก็บประจุ การกำหนดสนามไฟฟ้าบนไดอิเล็กตริกทำให้เกิดโพลาไรซ์ โดยหลักสูตร

หัวข้อที่ 11 สนามไฟฟ้า 1. พื้นฐานของไฟฟ้าสถิต Electrodynamics เป็นสาขาของฟิสิกส์ที่ศึกษาคุณสมบัติและรูปแบบของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีปฏิสัมพันธ์

I. V. Yakovlev วัสดุเกี่ยวกับฟิสิกส์ MathUs.ru เนื้อหา การเชื่อมต่อตัวเก็บประจุ 1 โอลิมปิกรัสเซียทั้งหมดสำหรับเด็กนักเรียนในวิชาฟิสิกส์ ......................... 3 2 มอสโกฟิสิกส์โอลิมปิก ...... ................................

งานเตรียมสอบฟิสิกส์สำหรับนักศึกษาคณะ CMC อาจารย์มหาวิทยาลัยแห่งรัฐคาซาน Mukhamedshin I.R. ภาคเรียนฤดูใบไม้ผลิ 2552/2553 ปีการศึกษา สามารถดาวน์โหลดเอกสารนี้ได้ที่: http://www.ksu.ru/f6/index.php?id=12&idm=0&num=2

Lab 6 Capacitor ในวงจร กระแสสลับวัตถุประสงค์ของงาน: เพื่อศึกษาการพึ่งพาการนำไฟฟ้าของตัวเก็บประจุต่อความถี่ของกระแสไซน์ การหาค่าความจุตัวเก็บประจุและไดอิเล็กตริก

การทดสอบการทดสอบ "PHYSICS-II" สำหรับความเชี่ยวชาญพิเศษ VT และ ST การหาปริมาณประจุทางกายภาพหมายความว่า: A) ค่าใช้จ่ายใด ๆ สามารถแบ่งออกเป็นค่าใช้จ่ายที่น้อยที่สุด; B) ค่าคงที่พื้นฐานของควอนตัม

บทนำ ปัจจัยหนึ่งที่กำหนดคุณภาพการฝึกอบรมครูฟิสิกส์สำหรับระบบการศึกษาคือ ความสามารถในการใช้ความรู้เชิงทฤษฎีในการแก้ปัญหาทางกายภาพซึ่งต้องใช้

IV Yakovlev วัสดุทางฟิสิกส์ MathUs.ru ปริมาณความร้อน ตัวเก็บประจุ แผ่นงานนี้กล่าวถึงปัญหาในการคำนวณปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาในวงจรที่ประกอบด้วยตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ

Nizhny Novgorod State สถาบันการเกษตร ภาควิชาฟิสิกส์ แม่เหล็กไฟฟ้า. ความผันผวนและคลื่น WAVE PROCESSES งานเฉพาะเรื่องเพื่อควบคุมระดับความรู้ของนักเรียนวิชาฟิสิกส์ ป

ค1.1. ภาพแสดงให้เห็น วงจรไฟฟ้าประกอบด้วยตัวต้านทาน รีโอสแตต กุญแจ โวลต์มิเตอร์แบบดิจิตอลที่เชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ และแอมมิเตอร์ ใช้กฎของกระแสตรงอธิบายวิธี

ตัวนำในสนามไฟฟ้าสถิต ตัวเก็บประจุบรรยาย3. ตัวนำไฟฟ้าในสนามไฟฟ้า ความแรงและศักยภาพของสนามไฟฟ้าสถิตในตัวนำ .. การหาค่าความแรงของไฟฟ้าสถิต

บทที่ 5 พลังงานสนามไฟฟ้า 45 บทที่ 5 พลังของสนามไฟฟ้าพลังงาน PONDEROMOTOR FORCES 5 วัสดุตามทฤษฎี พลังงานศักย์ของการปฏิสัมพันธ์ของประจุสองจุดและตั้งอยู่ในระยะทาง

คำถามมาตรฐานไฟฟ้าสถิตสำหรับการทดสอบ 1 (ตอนที่ 2) 1 สนามถูกสร้างขึ้นโดยเธรดที่มีประจุเป็นเนื้อเดียวกันอย่างไม่สิ้นสุดพร้อมความหนาแน่นประจุเชิงเส้น + τ ระบุทิศทางของการไล่ระดับศักย์ที่จุด A 2 แต่ละ

6. พลังงานสนามไฟฟ้า..6.. พลังงานของระบบประจุ ก่อนหน้านี้เราได้พิจารณาพลังงานของสนามไฟฟ้าแล้วเมื่อเรานำเสนอแนวคิดเรื่องความต่างศักย์และความต่างศักย์ไฟฟ้า เมื่อใกล้ไฟฟ้า

ELECTROSTATIC FIELD ความเข้มของสนามไฟฟ้าสถิตเปลี่ยนแปลงไปตามพิกัดและ z ได้อย่างไร ถ้าศักย์ไฟฟ้าของมันเปลี่ยนแปลงไปตามกฎหมาย (, z) z? ที่ส่วนต่อประสานระหว่างไดอิเล็กทริกสองตัว (a และ a) จะถูกแจกจ่าย

ไฟฟ้า VI. ไฟฟ้าสถิต 36. ประจุไฟฟ้า 36.1 โดยการเอาส่วนหนึ่งของอิเล็กตรอนออก ลูกบอลโลหะจะได้รับประจุ Q = 2 C. มวลของลูกบอลจะลดลงเท่าใด? มวลอิเล็กตรอน m = 0.9

ไฟฟ้าสถิตในการสอบ Unified State (สื่อสำหรับเตรียมสอบวิชาฟิสิกส์สำหรับครึ่งหลังของชั้นเรียน) 1. 2. ประจุที่จุดคงที่ของ + และ (> 0) อยู่ที่จุดและ (ดูรูป) ระยะทางและเท่ากัน

(ตัวอย่างการแก้ปัญหา)

ตัวนำโดดเดี่ยว

ตัวอย่าง 7.1

หาความจุของตัวนำทรงกลมรัศมี R 1 ล้อมรอบด้วยชั้นไดอิเล็กตริกที่มีศูนย์กลางอยู่ติดกันซึ่งมีการอนุญาติ และรัศมีรอบนอก R 2 .

วิธีการแก้.

วิธีที่ 1. ให้เราแจ้งตัวนำประจุและหาความแรงของสนามไฟฟ้าในพื้นที่โดยรอบ ขนาดของสนามการกระจัดไฟฟ้าคือ

สำหรับ

นั่นเป็นเหตุผล:


.

แรงดันตัวนำ แสดงนิพจน์ต่อไปนี้:

ค่าของความจุได้มาจากคำจำกัดความจากนิพจน์:




.

วิธีที่ 2ให้เราพิจารณาลูกบอลนำไฟฟ้าที่ล้อมรอบด้วยไดอิเล็กทริกเป็นระบบของตัวเก็บประจุทรงกลมที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม (ดูรูป) ใช้ผลลัพธ์ของแบบฝึกหัด 7.4 สำหรับค่าความจุที่เราได้รับ:,

. ความจุของระบบทั้งหมดถูกกำหนดโดยนิพจน์


,

ซึ่งแน่นอนว่าตรงกับผลลัพธ์ที่ได้จากวิธีที่ 1

ตัวเก็บประจุแบบแบน

ตัวอย่างที่ 7.2

ช่องว่างระหว่างเพลตของตัวเก็บประจุแบบแบนนั้นเต็มไปด้วยอิเล็กทริกซึ่งการซึมผ่านได้ขึ้นอยู่กับระยะทาง xหันหน้าไปทางใดทางหนึ่งตามกฎหมาย

โดยที่  1 เป็นค่าคงที่ d - ระยะห่างระหว่างจาน พื้นที่ของแต่ละซับใน . หาความจุของตัวเก็บประจุ

วิธีการแก้.

ลองนึกภาพตัวเก็บประจุที่เต็มไปด้วยไดอิเล็กทริกที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกันเป็นระบบที่ไม่มีที่สิ้นสุดของตัวเก็บประจุพื้นฐานที่เชื่อมต่อเป็นอนุกรมซึ่งมีความจุเท่ากับ

. ความจุของระบบทั้งหมดถูกกำหนดโดยนิพจน์:

จากที่เราได้รับ:


.

ตัวเก็บประจุทรงกลม

ตัวอย่างที่ 7.3

ค้นหาความจุของตัวเก็บประจุทรงกลมซึ่งรัศมีของเพลตนั้น เอและ , และ เอ < rไปที่ศูนย์กลางของคอนเดนเซอร์

, ที่ไหน

.

วิธีการแก้.

วิธีที่ 1

ในตัวอย่างก่อนหน้านี้ ตัวเก็บประจุแบบทรงกลมที่มีการกระจายไดอิเล็กตริกที่ไม่สม่ำเสมอแต่สมมาตรทรงกลมสามารถแสดงเป็นระบบของตัวเก็บประจุแบบทรงกลมพื้นฐานที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมที่มีความจุ

และหาความจุของระบบเป็น

.

วิธีที่ 2

ขนาดของสนามรางไฟฟ้าในกรณีนี้จะเท่ากับ

และความแรงของฟิลด์นี้ถูกกำหนดโดยนิพจน์ ค่าแรงดันไฟฟ้าในกรณีนี้จะเท่ากับและค่าความจุ

ตัวเก็บประจุทรงกระบอก

ตัวอย่าง 7.4

ค้นหาความจุของตัวเก็บประจุทรงกระบอกยาว l, รัศมีของแผ่นเปลือกโลกซึ่ง เอและ , และ เอ < , หากช่องว่างระหว่างแผ่นเปลือกโลกเต็มไปด้วยไดอิเล็กตริกการซึมผ่านจะขึ้นอยู่กับระยะทาง rไปยังแกนของตัวเก็บประจุเป็น

, ที่ไหน

.

วิธีการแก้. ลองนึกภาพตัวเก็บประจุทรงกระบอกเป็นตัวเก็บประจุพื้นฐานที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมที่มีความจุ

. ค่าความจุของตัวเก็บประจุพื้นฐานทั้งระบบสามารถหาได้จากความสัมพันธ์

จากที่นี่ ในที่สุดเราก็ได้คำตอบ:


.

ตัวอย่างที่ 7.5

ตัวเก็บประจุทรงกระบอกมีเส้นผ่านศูนย์กลางแผ่นด้านนอก .สิ่งที่ควรเป็นเส้นผ่านศูนย์กลางของเยื่อบุด้านใน ดังนั้นที่แรงดันไฟฟ้าที่กำหนดผ่านตัวเก็บประจุ ความแรงของสนามไฟฟ้าที่เยื่อบุด้านใน

เป็นขั้นต่ำ?

วิธีการแก้. ขนาดของความแรงของสนามไฟฟ้าที่ชั้นใน

หาได้จากความสัมพันธ์ต่อไปนี้ การแทนที่ค่าความจุของตัวเก็บประจุทรงกระบอก (ดูแบบฝึกหัด 7.5) นำไปสู่นิพจน์:


.

ในการหาส่วนปลาย เราหาอนุพันธ์ของตัวส่วน (เพราะตัวเศษมีค่าคงที่)


.

เท่ากับศูนย์เราพบว่า

. ว่าสอดคล้องกับขั้นต่ำ

สามารถตรวจสอบได้โดยการหาอนุพันธ์อันดับสองและกำหนดเครื่องหมายที่

.

การเชื่อมต่อตัวเก็บประจุ

ตัวอย่าง 7.6

ตัวเก็บประจุสี่ตัวพร้อมความจุ

และ เชื่อมต่อดังแสดงในรูป อัตราส่วนความจุของตัวเก็บประจุควรตอบสนองอย่างไรเพื่อให้ความต่างศักย์ระหว่างจุด และ เท่ากับศูนย์?