- •Предмет физики
- •Раздел 1. Физические основы механики.
- •Глава 1. Кинематика.
- •§1.1. Инерциальные системы отсчета. Принцип относительности.
- •§1.2. Кинематика поступательного и вращательного движений.
- •§1.3. Закон (кинематическое уравнение) движения
- •§1.4. Скорость
- •§1.5. Ускорение
- •§1.6. Равномерное и равнопеременное движения.
- •§ 1.7. Связь между линейными и угловыми кинематическими характеристиками.
- •§ 1.8. Краткие итоги главы 1.
- •§ 1.9. Примеры
- •Глава 2. Динамика
- •§2.1. Задача динамики. Динамические характеристики
- •§2.2. Виды сил.
- •§2.4. Момент инерции.
- •§2.5. Момент силы.
- •§2.6. Уравнение динамики
- •§2.7. Итоги главы 2.
- •П римеры
- •Глава 3. Законы сохранения в механике.
- •§ 3.1.Фундаментальный характер законов сохранения
- •§ 3.2. Закон сохранения импульса.
- •§3.3.. Работа силы. Мощность.
- •§ 3.4. Механическая энергия.
- •§ 3.5. Закон сохранения механической энергии
- •§ 3.6. Столкновения тел
- •§ 3.5. Закон сохранения момента импульса
- •§ 3.6. Итоги главы 3
- •Примеры
- •Глава 4. Элементы специальной теории относительности
- •§ 4.1. Закон сложения скоростей. Постулат о скорости света
- •§ 4.2. Релятивистское сокращение длины и замедление времени
- •§ 4.3. Релятивистская динамика
- •Примеры
- •Раздел 4. Электромагнетизм
- •Глава 5. Электростатика
- •§ 5.1.Электрический заряд. Закон Кулона.
- •§5.2. Электрическое поле. Напряженность.
- •§ 5.3. Теорема Гаусса.
- •§ 5.4. Потенциал и работа электростатического поля.
- •§ 5.5. Связь напряженности и потенциала электростатического поля.
- •§ 5.6. Электростатическое поле в веществе.
- •§ 5.7. Электроемкость. Конденсатор.
- •§ 5.8. Энергия электрического поля.
- •Глава 6. Постоянный электрический ток.
- •§ 6.1. Электрический ток: сила тока, плотность тока
- •§ 6.2. Механизм электропроводности
- •§ 6.3. Законы постоянного тока.
- •§ 6.4. Работа и мощность тока
- •Глава 7. Магнитное поле тока
- •§ 7.1 Магнитное взаимодействие. Магнитное поле
- •§ 7.2. Закон Био-Савара-Лапласа
- •§ 7.3. Вихревой характер магнитного поля.
- •§ 7.4. Действие магнитного поля на токи и движущиеся электрические заряды
- •§ 7.5. Магнитное поле в веществе
- •Глава 8. Явление электромагнитной индукции
- •§ 8.1. Основной закон электромагнитной индукции
- •§ 8.2. Самоиндукция и взаимная индукция
- •§ 8.3. Энергия магнитного поля
- •§ 8.4. Вихревое электрическое поле. Уравнения Максвелла
§ 5.7. Электроемкость. Конденсатор.
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
(5.7.1)
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 (5.7.2)
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 .6,4.106 0,7.10-3 Ф = 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 зарядов 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.
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 (5.7.3)
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 однородное (см. § 5.3 пример в). Его напряженность E= /0. Напряжение на конденсаторе U=Еd==d/0.. Учитывая, что =q/d, получаем формулу емкости плоского конденсатора:
(5.7.4)
При параллельном соединении конденсаторов их одноименно заряженные пластины соединяются между собой (рис. 24 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 (5.7.5)
При последовательном соединении конденсаторов (рис. 24 б) заряд батареи и каждого конденсатора один и тот же, напряжение батарей равно сумме напряжений на конденсаторах, и складываются обратные величины емкостей:
(5.7.6)
Получите самостоятельно формулы (5.7.5) и (5.7.6).