Энергия заряженного конденсатора
Если на обкладках конденсатора электроемкостью С находятся электрические заряды +q и -q, то согласно формуле (20.1) напряжение между обкладками конденсатора равно
В
процессе разрядки конденсатора
напряжение между его обкладками убывает
прямо пропорционально заряду q
от первоначального значения U
до 0.
Среднее значение напряжения в процессе разрядки равно
Для работы А, совершаемой электрическим полем при разрядке конденсатора, будем иметь:
Следовательно, потенциальная энергия Wp конденсатора электроемкостью С, заряженного до напряжения U, равна
Энергия конденсатора обусловлена тем, что электрическое поле между его обкладками обладает энергией. Напряженность Е поля пропорциональна напряжению U, поэтому энергия электрического поля пропорциональна квадрату его напряженности.
Плотност энергия электростатического поля
Это
физическая величина, численно равная
отношению потенциальной энергии поля,
заключенной в элементе объема, к этому
объему. Для однородного поля объемная
плотность энергии равна
.
Для плоского конденсатора, объем
которого Sd, где S - площадь пластин, d -
расстояние между пластинами, имеем
С
учетом, что
и
|
(16.4) |
или
|
Опыт показывает, что заряженный конденсатор содержит запас энергии.
Энергия заряженного конденсатора равна работе внешних сил, которую необходимо затратить, чтобы зарядить конденсатор.
Процесс
зарядки конденсатора можно представить
как последовательный перенос достаточно
малых порций заряда Δq > 0
с одной обкладки на другую (рис. 1.7.1).
При этом одна обкладка постепенно
заряжается положительным зарядом, а
другая – отрицательным. Поскольку
каждая порция переносится в условиях,
когда на обкладках уже имеется некоторый
заряд q,
а между ними существует некоторая
разность потенциалов
при
переносе каждой порции Δq
внешние силы должны совершить работу
Энергия Wе конденсатора емкости C, заряженного зарядом Q, может быть найдена путем интегрирования этого выражения в пределах от 0 до Q:
|
Формулу, выражающую энергию заряженного конденсатора, можно переписать в другой эквивалентной форме, если воспользоваться соотношением Q = CU.
|
Электрическую энергию Wе следует рассматривать как потенциальную энергию, запасенную в заряженном конденсаторе. Формулы для Wе аналогичны формулам для потенциальной энергии Eр деформированной пружины (см. ч. I, § 2.4)
|
где k – жесткость пружины, x – деформация, F = kx – внешняя сила.
23 Это направленное движение заряженных частиц. В металлах носителями тока являются свободные электроны, в электролитах – отрицательные и положительные ионы, в полупроводниках – электроны и дырки, в газах – ионы и электроны. Количественной характеристикой тока является сила тока. Сила тока I определяется количеством электричества, притекающего через поперечное сечение проводника за 1 с. Если I – постоянная величина, то I=q/t, откуда следует, что за промежуток времени t через поперечное сечение проводника протекает количество электричества, равное q=It.
Источниками могут служить – гальванический элемент(происходят хим. реакции и внутренняя энергия, превращается в электрическую) и аккумулятор(для зарядки через него пропускают постоянный ток от к.-л. источника, в результате хим. реакции один электрод становиться положительно заряженным, другой – отрицательно
Действия электрического тока: тепловое, химическое, магнитное.
Направление электрического тока: от + к –
Поэтому достаточным условием для существования тока является наличие электрического поля и свободных носителей заряда.
О наличии тока можно судить по явлениям, которые его сопровождают:
- Проводник, по которому течет ток, нагревается.
- Электрический ток может изменять химический состав проводника.
- Силовое воздействие на соседние точки и намагниченные тела.
При существовании электрического поля внутри проводника, на концах его существует разность потенциалов. Если она не меняется, то в проводнике устанавливается постоянный электрический ток