Сайт студентов физиков для студентов физиков!
Главная Учебные материалы по физике Соединения конденсаторов

Соединения конденсаторов

Соединения конденсаторов.

Конденсаторы можно соединять параллельно или последовательно, или смешанным образом: часть параллельно, часть последовательно. При параллельном соединении емкость системы увеличивается и становится равной сумме емкостей. При последовательном соединении емкость системы всегда уменьшается. Последовательное соединение применяют не для уменьшения емкости, а главным образом для уменьшения разности потенциалов на каждом конденсаторе, чтобы не было пробоя конденсатора.

Введем более простое обозначение для разности потенциалов. Иногда U называют напряжением, это устаревший термин. Напряжение U = IR – это произведение силы тока на сопротивление (см. ниже – ток), а через конденсатор ток идти не должен. Если происходит пробой диэлектрика, конденсатор приходится выбрасывать.

запишем формулу (§§) для каждого конденсатора и для всей системы (заменив Dj®U); подставляя q в последнюю формулу, получим: С паралл=С1 + С2 Обобщим на случай 3-х и более конденсаторов

параллельное соединение

емкость системы при параллельном соединении конденсаторов (i=1,2,…,n)

n — число конденсаторов

Заряды на всех обкладках по величине одинаковые. Запишем формулы аналогично предыдущему случаю, произведем те же действия и найдем

последовательное соединение

для 2-х

конденсаторов

емкость системы при последовательном соединении конденсаторов

Электростатика в веществе

Диполь, его поле.

Диполем называется система, состоящая из двух одинаковых по величине, но различных по знаку зарядов q, расположенных на определенном расстоянии l друг от друга. Если это расстояние не меняется, диполь называют жестким. Если расстояние меняется пропорционально напряженности внешнего поля, диполь называют упругим.

Изучение поля диполя и его поведения во внешнем электрическом поле имеет большое значение, так как диполь может служить моделью молекул. На легких частицах, оказавшихся в электрическом поле, возникают индуцированные заряды, и частицы становятся диполями. С помощью достаточно большого количества таких частиц можно наблюдать силовые линии поля, т. к. частички-диполи будут располагаться по силовым линиям поля.

Диполь характеризуют дипольным (электрическим) моментом (см. рис.):

дипольный (электрический) момент диполя – это вектор, проведенный от отрицательного заряда к положительному

Для определения потенциала j и напряженности Е поля диполя можно воспользоваться принципом суперпозиции:

(©)

Электростатическое поле диполя имеет сложный вид (см. рис.):

a) эквипотенциальные поверхности,

b) силовые линии (половина поля)

— расстояния от точки поля 0, для которой определяются j и Е, до зарядов,

— единичные векторы, взятые в этих направлениях (см. рис. ниже).

Из формулы (©) можно получить потенциал поля диполя для расстояний r, существенно превышающих размер диполя. Для этого в формуле (©) приведем к общему знаменателю, примем r1×r2 » r2, (r1r2 ) = l×cos q и введем .

при r >> l

потенциал и напряженность поля диполя на больших расстояниях от него

Формулу для Е (без вывода) приводим только для того, чтобы отметить, что и потенциал, и напряженность поля диполя убывают быстрее (j~ 1/ r2 , E ~ 1/r3), чем в случае одиночного заряда (j ~ 1/r, Е~ 1/r2).

Поведение диполя во внешнем электрическом поле.

Однородное поле. Внесем диполь в однородное внешнее электрическое поле с напряженностью Е. На заряды диполя будут действовать силы F1 = F2 = qE . Разложим их на составляющие F1¢, F1¢¢ и F2¢, F2¢¢ (см. рис.). Составляющие F1¢¢ и F2¢¢ стремятся растянуть диполь, а составляющие F1¢ и F2¢ создают вращающие моменты и поворачивают диполь (по часовой стрелке) до тех пор, пока он не расположится вдоль силовой линии.

М1 = М2 – вращающие моменты (моменты сил), векторы моментов направлены от нас ^ чертежу; результирующий момент равен М = М1 + М2= 2qE(l/2)sina. Учитывая, что рэл = ql, получим:

вращающий момент (момент сил), действующий на диполь во внешнем поле в скалярной и векторной формах

Таким образом, в однородном внешнем электрическом поле диполь одновременно будет растягиваться и поворачиваться до тех пор, пока не окажется в положении равновесия, при этом его дипольный момент станет параллельным вектору напряженности внешнего поля.