Câmpul electric, inducție electrostatică, capacitate și condensatori

Conceptul câmpului electric

Este cunoscut faptul că în spațiul din jurul taxele electrice, electrice forțelor de câmp Act. Numeroase experimente pe corpurile încărcate confirmă pe deplin acest lucru. Spațiu care înconjoară orice organism încărcat, este un câmp electric, în care forțele electrice acționează.

Direcția câmpului de forță se numește liniile de câmp electric de forță. Prin urmare, a considerat în mod convențional că câmpul electric are un set de linii electrice.

Liniile de câmp au anumite proprietăți:

Puterea linie este întotdeauna de un corp încărcat pozitiv, și intră în organism, încărcat negativ;

ei merg în toate direcțiile perpendiculare pe suprafața corpului încărcat și perpendicular îi aparțin lui;

linii electrice a două corpuri, cum ar fi-taxat ca și în cazul în care respingeau unul față de celălalt și în sens opus perceput - atrage.

Liniile de câmp electric sunt întotdeauna deschise, astfel încât acestea se termină la suprafață încărcată, tel. corpuri încărcate electric interacționează unele cu altele și încărcat cu sarcină opusă atrage respingerea ca încărcat.

Forța de atracție sau de respingere depinde de mărimea corpurilor taxe și distanța dintre ele.

În cazul în care spațiul dintre corpurile nu vor fi de aer, și alte câteva dielectrice, t. E. non-conductor de energie electrică, forța de interacțiune dintre două corpuri scade.

Cantitatea care caracterizează proprietățile dielectrice, și arată de câte ori puterea de interacțiunea dintre taxele vor crește, în cazul în care dielectric este înlocuit cu aer, numită permitivitatea relativă a dielectricului.

Constanta dielectrică este: aer și gaze - 1; pentru ebonită - 2 - 4; mica 5 - 8; Ulei de 2 - 5; Hârtie 2-2.5; Parafina - 2 - 2.6.

Fig. 1 Câmpul electrostatic între două corpuri încărcate: a - taxe tal ale aceluiași, b - corp încărcat oppositely

În cazul în care corpul conductivă O formă sferică, izolată de la obiectele din jur, raportează o sarcină electrică negativă, adică. E. Crearea în ea un exces de electroni, această sarcină este distribuită uniform pe suprafața corpului. Acest lucru se întâmplă deoarece electronii, împingând unul pe altul, au tendința de a intra în suprafața corpului.

Biți pune corp neîncărcată, de asemenea, izolate din mediul înconjurător, un câmp corp B A. Apoi apar sarcini electrice de suprafață a corpului, iar pe partea dinspre corp A, format o sarcină opusă la sarcina corpului A (ve), iar pe de altă parte - taxa de corp cu denumirea cu o taxa de un (negativ). taxele electrice fiind distribuite astfel rămân pe suprafața corpului B, atâta timp cât acesta este stocat în câmpul corpului A. În cazul în care corpul B extrase din câmp sau pentru a elimina corpul A, sarcina electrică de pe suprafața corpului B este neutralizat. O astfel de metodă se numește electrificare la distanță prin inducție sau influență electrostatică de electrificare.

Fig. 2 fenomenul de inducție electrostatică

Evident, o astfel de stare electrificat a corpului este stimulat și sprijinit în mod exclusiv de câmpul electric generat rezistență corp A.

Dacă faci același lucru atunci când corpul A este încărcat pozitiv, electronii liberi din mâna omului graba la corpul B, neutraliza sarcina pozitivă este, și B, organismul va fi încărcat negativ.

Cât este mai mare gradul de electrificare a corpului A, m. E. cat este mai mare capacitate, poate electriza prin inducție electrostatică pentru o mai mare clădire corp B.

Astfel, am ajuns la concluzia că fenomenul de inducție electrostatică face posibilă în anumite condiții, pentru a stoca energie electrică pe suprafața corpurilor conductoare.

Fiecare organism poate fi încărcat până la o anumită limită, adică, la un anumit potențial ..; creșterea capacității în peste limita implică descărcarea corpului în atmosfera înconjurătoare. Diferite organisme au nevoie de diferite cantități de energie electrică, pentru a le aduce la același potențial. Cu alte cuvinte, diferite corp conțin o cantitate de energie electrică, adică. E. Au o capacitate diferită (sau capacitate).

Capacitatea electrică se numește capacitatea organismului de a deține o anumită cantitate de energie electrică, îmbunătățind în același timp capacitatea sa de la o anumită valoare. Cu cât suprafața corpului, cu atât mai mare sarcina electrică poate găzdui acest organism.

În cazul în care corpul are o formă sferică, capacitatea sa este dependentă în mod direct pe raza mingea. Capacitatea este măsurată Faraday.

Farad - capacitatea organismului, care a primit taxa de energie electrică într-un pandantiv, crește capacitatea lor de la un volt. 1 Farad = 1 milion de microfarazi.

Capacitate electrică. t. e. corpuri de proprietate efectuarea acumula o sarcină electrică, este utilizat pe scară largă în inginerie electrică. Se bazează pe această proprietate a dispozitivului de condensatoare electrice.

Un condensator este format din două plăci de metal (electrozi) izolate una de alta printr-un strat de aer sau alt izolator (mică, hârtie, și așa mai departe. D.).

În cazul în care una dintre plăcile pentru a raporta o sarcină pozitivă, iar celălalt - .. este negativ, adică lor încărcat cu sarcină opusă, plăcile de încărcare sunt atrase reciproc să aibă loc pe plăcile. Acest lucru vă permite să se concentreze pe cantitatea plăcile mult mai mare de energie electrică decât dacă o încărcați la o distanță una de alta.

Prin urmare, condensatorul poate servi ca un dispozitiv pentru a stoca pe farfuriile lor o cantitate semnificativă de energie electrică. Cu alte cuvinte, condensator de stocare a energiei electrice.

Condensatorul este:

C = f S / 4 π l

unde C - capacitate; e - dielectrica; S - suprafața unei plăci în cm2. π - număr constant egal cu 3,14; l - distanța dintre plăci în cm.

Din această formulă se poate observa că, odată cu creșterea suprafeței plăcilor de capacitate crește, și pe măsură ce distanța dintre ele scade.

Să ne explicăm această relație. Cu cât suprafața plăcilor, cu atât mai mare cantitatea de energie electrică care poate găzdui, și, prin urmare, capacitatea condensatorului va fi mai mare.

Pe măsură ce distanța crește influența reciprocă dintre plăcile (inducție) între tarifele lor, ceea ce permite să se concentreze pe creșterea cantității de plăci de energie electrică, și, prin urmare, crește capacitatea.

Astfel, dacă vrem să obțineți un condensator super, ar trebui să ia o placă de suprafață mare și izolată printr-un strat dielectric subțire.

Formula arată, de asemenea, că o creștere a constantei dielectrice a capacitatii dielectrice a crește condensator.

Prin urmare, condensatoarele sunt egale în dimensiunile lor geometrice, dar care conțin un alt dielectrici au capacități diferite.

Dacă, de exemplu, să ia un condensator cu dielectric aer permitivitatea din care este egal cu unu, și puneți-l între plăcile de mică, cu o constantă dielectrică de 5, capacitatea va crește de 5 ori.

Acesta este motivul pentru capacități mai mari, ca materiale utilizate dielectrice cum ar fi hârtie de mică impregnat cu parafină, și colab., A cărei constantă dielectrică este considerabil mai mare decât cea a aerului.

Prin urmare, următoarele tipuri de condensatori: aer, dielectric solid și dielectric lichid.

De încărcare și descărcare a condensatorului. prejudecată curentă

Switched condensator de circuit în capacitatea constantă. Când contactul de comutare pe condensator va fi inclus în circuitul acumulatorului. Arrow milliammeter la momentul condensator în circuit vor fi deviate și apoi la zero.

Condensatorul de pe link-ul de curent continuu

În consecință, lanțul a trecut curent electric într-o anumită direcție. Dacă acum comutați pentru a pune pe contactul b (t. E. Închideți placa), săgeata milliammeter deviat în direcția opusă, și devine din nou la zero. În consecință, lanțul de asemenea trecut actual, ci de o direcție diferită. Să examinăm acest fenomen.

Când condensatorul a fost conectat la baterie, este încărcat, adică. Electrod E. sa obținut un rezultat pozitiv, iar celelalte taxe negative. Taxa a continuat atâta timp cât diferența de potențial dintre plăcile condensatorului devine egală cu tensiunea bateriei. Milliammeter conectat în serie în circuit, curentul de încărcare condensator este prezentat, care sa oprit imediat ce condensatorilor.

Atunci când condensatorul este deconectat de la baterie, el a fost acuzat, iar diferența de potențial dintre plăci este egală cu tensiunea bateriei.

Cu toate acestea, odată ce am închis condensator, a început să se descarce, iar curentul de descărcare a trecut prin circuit, dar în direcția opusă a curentului de încărcare. Acest lucru a continuat până când a dispărut până când diferența de potențial între electrozi, adică. E. Până la condensator nu este descărcat.

Prin urmare, în cazul în care condensatorul inclus în bucla de curent continuu, fluxurile de curent în circuit numai atunci când taxa condensator, și nu va fi curent în continuare în circuit, deoarece lanțul este rupt dielectric condensator.

De aceea, ei spun că „condensator nu trece DC.“

Cantitatea de energie electrică (Q), care pot fi concentrate pe plăcile condensatorului, capacitatea acestuia (C) și valoarea furnizată tensiunea condensatorului (U) sunt conectate prin următoarea relație: Q = CU.

Această formulă arată că cea mai mare capacitate, cu atât mai mare cantitatea de energie electrică vă puteți concentra pe ea, fără a ridica mult stres pe plăcile sale.

Creșterea tensiunii la o capacitate constantă crește, de asemenea, cantitatea de condensator de stocare a energiei electrice. Cu toate acestea, în cazul în care plăcile condensatorului pentru a aduce o mulțime de stres, condensator poate fi „rupt“, adică. E. Sub influența acestui izolator de tensiune la un moment dat să fie dizolvat și va trece curent prin ea însăși. Condensatorul încetează astfel să aibă efect. Pentru a evita deteriorarea condensator, acestea indică tensiunea de funcționare admisibilă.

Fenomenul de polarizare dielectrică

Să vedem acum ce se întâmplă în sarcina dielectrică și descărcarea condensatorului și de ce constanta dielectrică a dielectric depinde de valoarea capacitate?

Răspunsul la această întrebare ne dă teoria electronică a structurii materiei.

Într-un dielectric, ca în orice închisoare, fără electroni liberi. Electronii dielectrice atomi puternic legat la miez, astfel încât tensiunea aplicată pe plăcile condensatorului, nu produce electronii dielectric dirijat de mișcare, adică. E. Un curent electric, așa cum se întâmplă în conductoare.

Cu toate acestea, sub acțiunea câmpului electric creat de plăci încărcate, electronii care orbitează nucleele atomului, deplasat spre placa încărcată pozitiv a condensatorului. Atom în același timp în care este tras în direcția liniilor de câmp. O astfel de stare se numește un atom polarizat-dielectric, iar fenomenul - polarizare dielectric.

Când descărcarea condensatorului stare polarizat dielectric este deranjat, m. F. polarizare indusă de electroni dispare decalat în raport cu miez, atomii și vin la starea sa normală nepolarizată. Prezența izolatorului între câmp slăbește plăcile condensatorului.

Diverse dielectrici sub influența aceluiași câmp electric polarizat în grade diferite. Atât este mai ușor dielectric polarizat, mai mult se slăbește câmpul. Polarizare a aerului, de exemplu, duce la o slăbire a câmpului pentru mai mică decât orice altă polarizare dielectrică.

Dar slăbirea câmpului între plăcile condensatorului le permite să se concentreze pe creșterea cantității de energie electrică Q la aceeași tensiune de U, care, la rândul său, duce la o creștere a capacității de C, deoarece = Q / U.

Așa că am ajuns la concluzia - mai mari constanta dielectrică a dielectric, condensator are o capacitate mai mare, conținând în compoziția sa dielectric.

Offset electroni din atomii dielectric care apar, așa cum am spus, intensitatea câmpului electric în formarea dielectric, la primul câmp de acțiune, un curent electric numit curentul de deplasare. Astfel, este numit pentru că, spre deosebire de curentul de conducție în conductoare metalice, numai curentul de polarizare este creat de electroni mișcătoare care se deplasează în interiorul atomilor săi.

Prezența acestui curent de offset determină condensator este conectat la o sursă de curent alternativ, acesta devine un conductor.