2. Потенциал электрического поля. Эквипотенциальные поверхности.

Существует ещё одна характеристика электрического поля: потенциал.

Оказывается, характеризовать электрическое поле можно работой, которую нужно затратить, чтобы переместить пробный положительный заряд в 1 Кл из бесконечности в данную точку поля. И потенциал в этом случае будет численно равен этой работе. Но можно брать заряд и не в 1 Кл, а произвольный. В этом случае, потенциал поля будет рассчитываться по следующей формуле:

A/q

Размерность потенциала – Дж/Кл = вольт (В).

Потенциал – энергетическая характеристика электрического

поля.

Наиболее удобным является не сам потенциал, а разность потенциалов, или напряжение.То есть:

U = (ЗдесьU – напряжение между двумя точками

электрического поля.

Зная, что электрическое поле имеет ещё одну характеристику – потенциал, можно сделать заключение, что и графически поле можно изобразить ещё одним способом. Таким способом являются эквипотенциальные поверхности, то есть поверхности одинакового потенциала.

Рассмотрим картину эквипотенциальных поверхностей тех же самых объектов, что и в предыдущем случае с силовыми линиями.

Ниже изображено однородное электрическое поле:

Эквипотенциальные поверхности однородного электрического поля имеют вид параллельных плоскостей, находящихся на одинаковом расстоянии друг от друга. Они во всех точках поля перпендикулярны силовым линиям. На данном рисунке изображены сплошными линиями силовые линии, а пунктиром – эквипотенциальные поверхности. Ниже изображены картины силовых линий и эквипотенциальных поверхностей уединённого точечного заряда и двух разноимённых точечных зарядов:

4. Электроёмкость. Единицы электроёмкости.

Плоский конденсатор.

Мы знаем, что потенциал тела и его электрический заряд взаимосвязаны между собой. Чем больше заряд тела, тем больше его потенциал относительно Земли. Иными словами, отношение заряда тела к его потенциалу есть величина постоянная для конкретного тела. И данная величина называется электроёмкостьютела:

C = q/

Эта величина имеет наименование –фарада (Ф). Ф = Кл/В

1 Фарада – это электроёмкость такого проводника, на котором заряд в 1 Кл вызывает потенциал в 1 в.

Телом простейшей формы является шар. Электроёмкость уединённого шара, радиуса R,выражается формулой:

C = 4R

Интересно отметить, что шар, ёмкостью 1Ф,должен иметь радиус, равный

R = C/^ м! = 9 000 000 км.

Эта величина в 714 раз больше радиуса земного шара!

Зная, что уединённые проводники, для достижения ощутимой для практических нужд электроёмкости, должны иметь очень большие значения, возникает вопрос: а нельзя ли каким-либо способом увеличить электроёмкость проводника, не увеличивая его геометрический размер? Оказывается, можно. Известно, что электроёмкость уединённого проводника значительно возрастает, если к нему приближать другой проводник. И чем ближе проводники будут друг к другу, тем больше будет их электроёмкость.

На основе этих рассуждений, создан плоский конденсатор.

Плоский конденсатор представляет собой две параллельные пластины из проводника, находящиеся на определённом расстоянии друг от друга, разделённые диэлектриком:

Электроёмкость плоского конденсатора выражается формулой:

C = S/d

Здесь - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика

 - электрическая постоянная: ^Ф/м

S- площадь перекрытия пластин

d- расстояние между пластинами

Видно, что конденсатор устроен очень просто. Две пластины, разделённые диэлектриком – и всё. На рисунке, приведённом выше, изображён простейший конденсатор и его условное графическое обозначение. На практике конденсатор, в большинстве случаев, имеет такую конструкцию. Берут две полоски алюминиевой фольги, между ними помещают тонкую полоску диэлектрика (бумага, полистирол, полиэтилен и пр.), всё это скатывают в рулон и помещают в герметизированную упаковку.

Ниже на рисунке показано устройство конденсатора с бумажным диэлектриком:

На конденсаторе пишут его марку, величину электроёмкости и величину максимально допустимого напряжения на его пластинах. Превышать это напряжение при эксплуатации конденсатора нельзя, так как возможен его пробой, т.е. проскакивание между его обкладками через диэлектрик электрической искры, которая оставит после себя след из напыленного металла. Вследствие этого, через этот след обе пластины окажутся соединёнными вместе и конденсатор будет испорчен, как говорят, будет пробит. Поскольку единица фарада является очень крупной, поэтому на практике используют более мелкие единицы:

Микрофарада 1 мкФ = 1*10^-6 Ф

Нанофарада 1 нФ = 1*10^-9 Ф

Пикофарада 1 пФ = 1*10^-12Ф

Какими же свойствами обладает конденсатор и какая от него практическая польза?

Если одну из пластин зарядить положительно, а другую – отрицательно, то заряды так и останутся на пластинах. Конденсатор можно зарядить в доли секунды, он может также быстро и отдать всю свою энергию при разряде. Способность конденсатора отдавать при разряде всю энергию сразу, часто используется на практике. Например, в фотовспышке, в твёрдотельном лазере, в аппаратах точечной электросварки и пр. К сожалению, конденсатор не может накопить в себе столько много энергии, как аккумулятор. Следует также отметить, что устройства, в которых имеются конденсаторы, заряженные до достаточно высокого напряжения, представляют опасность получения удара током даже в том случае, если эти устройства отключены от электросети. И поэтому, в инструкции по эксплуатации этих устройств, перед ремонтом аппаратуры, следует разрядить все конденсаторы.