- •Предмет физики
- •Структура физического познания.
- •Пространственно-временная область изучаемых физикой объектов
- •Физические теории
- •Раздел 1. Физические основы механики.
- •Глава 1. Кинематика.
- •§1.1. Система отсчета. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности.
- •§1.2. Кинематика материальной точки.
- •§1.3. Равномерное и равнопеременное движения.
- •§ 1.4. Кинематика вращательного движения.
- •§ 1.5. Краткие итоги главы 1.
- •Глава 2. Динамика материальной точки.
- •§ 2.1 .Задача динамики. Состояние материальной точки. Динамические характеристики движения.
- •§ 2.2. Законы Ньютона. Второй закон как уравнение движения.
- •§ 2.3. Силы в механике.
- •§ 2.4. Работа силы. Мощность.
- •§ 2.4. Механическая энергия.
- •§ 2.5. Краткие итоги главы 2
- •Глава 3.Законы сохранения в механике.
- •§ 3.1.Фундаментальный характер законов сохранения
- •§ 3.2. Закон сохранения импульса.
- •§ 3.3. Закон сохранения механической энергии
- •§ 3.4. Столкновения тел
- •Глава 4. Динамика вращательного движения.
- •§ 4.1. Кинетическая энергия вращающегося и катящегося тел
- •§ 4.2. Момент инерции
- •§ 4.3. Работа и мощность при вращательном движении. Момент силы относительно оси
- •§ 4.4. Уравнение динамики вращательного движения.
- •§ 4.5. Закон сохранения момента импульса
- •§ 4.6. Краткие итоги главы 4
- •Раздел 2. Молекулярная физика и термодинамика
- •Глава 5. Кинетическая теория
- •§ 5.1. Тепловое движение
- •§ 5.2. Основное уравнение кинетической теории газа
- •§ 5.3. Уравнение Клапейрона – Менделеева
- •§ 5.4. Молекулярно-кинетический смысл абсолютной температуры. Средняя энергия теплового движения молекулы
- •§ 5.5. Распределение Максвелла молекул газа по скоростям
- •§ 5.6. Барометрическая формула. Распределение Больцмана.
- •§ 5.7. Среднее число столкновений и средняя длина свободного пробега молекул.
- •§ 5.8. Выводы из главы 5.
- •Глава 6. Термодинамика.
- •§ 6.1. Тепловые процессы
- •§ 6.2. Первое начало термодинамики.
- •§ 6.3 Изопроцессы.
- •§ 6.4. Тепловая и холодильная машины
- •§ 6.5. Цикл Карно
- •§ 6.6. Энтропия.
- •§ 6.7. Второе начало термодинамики.
- •§ 6.8. Основные выводы главы 6.
- •Раздел 3. Электромагнетизм
- •Глава 7. Электростатика
- •§7.1.Электрический заряд. Закон Кулона.
- •§7.2. Электрическое поле. Напряженность.
- •§ 7.3. Теорема Гаусса.
- •§ 7.4. Потенциал и работа электростатического поля.
- •§ 7.5. Связь напряженности и потенциала электростатического поля.
- •§ 7.6.Электростатическое поле в веществе.
- •§ 7.7. Электроемкость. Конденсатор.
- •§ 7.8. Энергия электрического поля.
- •Глава 8. Постоянный электрический ток.
- •§ 8.1. Электрический ток: сила тока, плотность тока
- •§ 8.2. Механизм электропроводности
- •§ 8.3. Законы постоянного тока.
- •§ 8.4. Работа и мощность тока
- •Глава 9. Магнитное поле тока
- •§ 9.1 Магнитное взаимодействие. Магнитное поле
- •§ 9.2. Закон Био-Савара-Лапласа
- •9.3. Вихревой характер магнитного поля.
- •§ 9.4. Действие магнитного поля на токи и движущиеся электрические заряды
- •§ 9.5. Магнитное поле в веществе
- •Глава 10. Явление электромагнитной индукции
- •§ 10.1. Основной закон электромагнитной индукции
- •§ 10.2. Самоиндукция и взаимная индукция
- •§ 10.3. Энергия магнитного поля
- •§ 10.4. Вихревое электрическое поле. Уравнения Максвелла
§ 7.7. Электроемкость. Конденсатор.
1. При сообщении проводнику избыточного электрического заряда он распределяется по поверхности проводника соответствии с ее формой. При наступлении равновесия проводник становится эквипотенциальным телом. Если проводнику сообщить дополнительный заряд, то он распределится подобно предыдущему, и поверхностная плотность заряда в каждой точке пропорционально увеличится. Соответственно увеличится созданное этими зарядами электрическое поле, так что q, и коэффициент пропорциональности является индивидуальной характеристикой проводника. Эта характеристика называется электрической емкостью (электроемкостью) проводника. Ее обозначают С. По определению
(7.7.1)
Емкость уединенного проводника зависит от его геометрии (формы и размеров) и от диэлектрических свойств окружающей среды. Покажем это на примере уединенного шара (сферы). Для него =q/40r, и электроемкость сферы
С=40r (7.7.2)
В СИ единица измерения емкости называется фарад(Ф): 1Ф=1Кл/1В. Это довольно крупная единица измерения. Например, шар размером с Землю (радиус земли около 6400 км) имеет емкость С=4.8,85.10-12 6,4.1060,7.10-3Ф=700 мкФ. На практике обычно используют дольные единицы: мФ, мкФ, пФ.
При приближении к заряженному проводнику другого незаряженного проводника на втором проводнике появятся индуцированные заряды, причем, заряды разноименного с первым проводником знака расположатся ближе к нему, нежели одноименные. Электрическое поле индуцированных зарядов складывается с полем заряженного проводника. Разноименные с зарядом первого проводника индуцированные заряды уменьшают его поле, одноименные увеличивают. Влияние разноименных сильнее – они ближе расположены к первому проводнику. В итоге потенциал первого проводника уменьшается, тогда как его заряд на изменяется, что означает увеличение емкости первого проводника. Таким образом, емкость проводника зависит не только от его геометрии, но и от окружающих его тел.
2. Электрический конденсатор представляет собой устройство для накопления электрического заряда и энергии электрического поля. Он состоит из двух изолированных проводников, заряженных разноименными зарядами одинаковой величины. Проводники называются обкладками конденсатора. Им придают такую форму, чтобы электрическое поле локализовалось в пространстве между обкладками. Его силовые линии выходят из одной обкладки и входят в другую. Наиболее распространены конденсаторы плоские, сферические и цилиндрические. Их обкладками являются соответственно две параллельных плоскости, две концентрические сферы разных радиусов и два соосных цилиндра разных радиусов.
Электроемкость конденсатора
С=q/U (7.7.3)
Здесь q- заряд конденсатора, он численно равен заряду каждой его пластины: q= q+=q-. U – напряжение на конденсаторе, оно равно разности потенциалов его обкладок U =+ -- .
Рассмотрим плоский конденсатор с площадью пластин S и расстоянием между пластинами d. Если расстояние между пластинами мало по сравнению с линейными размерами пластин, то поле такого конденсатора можно считать однородным (см. §7.3 пример в). Его напряженность E= /0. Напряжение на конденсаторе U=Еd==d/0.. Учитывая, что =q/d, получаем формулу емкости плоского конденсатора:
(7.7.4)
3. При параллельном соединении конденсаторов их одноименно заряженные пластины соединяются между собой (рис. 42 а). Заряд батареи конденсаторов складывается из зарядов отдельных конденсаторов, напряжение на батарее и на каждом конденсаторе одно и то же, и емкости складываются:
С= Сi (7.7.5)
При последовательном соединении конденсаторов (рис. 42 б) заряд батареи и каждого конденсатора один и тот же, напряжение батарей равно сумме напряжений на конденсаторах, и складываются обратные величины емкостей:
(7.7.6)
Получите самостоятельно формулы (7.7.5) и (7.7.6).