3.2. Электрическая энергия. Конденсаторы.



Работа электрического поля по перемещению заряда из точки A в точку B пропорциональна напряжению между этими точками:
 A = Uq. 

Так как электростатическое поле – поле консервативных сил, то его работа не зависит от пути, по которому перемещается заряд. Работа электростатического поля по замкнутой траектории равняется нулю.

Заряженные тела, помещенные в электрическое поле, обладают потенциальной энергией.

Работа электрического поля при перемещении заряженного тела равна убыли потенциальной энергии тела:
 A = –ΔW. 

Потенциальная энергия точечного заряда в электростатическом поле равна произведению потенциала поля в данной точке на величину заряда:
 W = φq. 
Как и потенциал, потенциальная энергия определена с точностью до константы.

 

Практический интерес представляют системы из двух проводников, разделенных диэлектриком. Существуют такие конфигурации проводников, при которых электрическое поле оказывается сосредоточенным (локализованным) лишь в некоторой области пространства. Такие системы называются конденсаторами, а проводники, составляющие конденсатор, называются обкладками. Электроемкость конденсатора равна
  
где q – заряд положительной обкладки, U – напряжение между обкладками. Электроемкость конденсатора зависит от его геометрической конструкции и электрической проницаемости заполняющего его диэлектрика и не зависит от заряда обкладок. В СИ электроемкость измеряется в фарадах.

Рисунок 3.2.1.
Поле плоского конденсатора. При решении простых задач можно принебречь краевым эффектом, то есть электрическим полем у краев пластин.

Электроемкость плоского конденсатора равна
  
где S – площадь каждой из обкладок, d – расстояние между ними, ε – диэлектрическая проницаемость вещества между обкладками. При этом предполагается, что геометрические размеры пластин велики по сравнению с расстоянием между ними.

 

Электроемкость C батареи, составленной из параллельно соединенных конденсаторов C1 и C2, рассчитывается по формуле
  
а батареи, составленной из последовательно соединенных конденсаторов, по формуле
  

Рисунок 3.2.2.
Параллельное соединение конденсаторов.
Рисунок 3.2.3.
Последовательное соединение конденсаторов.

Энергия электрического поля внутри конденсатора равняется
  



© Интерактивная физика




Использованы материалы сайта www.physics.ru