Электрический ветер

Обратите внимание, время, в течение которого сохраняется поляризация стекла, зависит как от свойств стекла, так и от влажности в аудитории.

Выводы: Помещенный в электрическое поле диэлектрик приобретает полярность: та часть его поверхности, в которую входят силовые линии, заряжается отрицательно, а противоположная часть — положительно.

Тесты к лекции №5.

Тест 5.1.Какой вывод следует из опыта "Электрический ветер"?

£ происходит пробой воздушного промежутка между электродами

£ вблизи острых концов проводника имеется высокая плотность зарядов и большая напряженность электрического поля

£ электризация происходит через влияние (на расстоянии)

£ разноименные заряды отталкиваются, а одноименные притягиваются

Тест 5.2. К какому выводу приводит выполнение опыта "Электрический ветер"?

£ Напряженность электрического поля вблизи поверхности острия максимальна

£ Напряженность электрического поля вблизи поверхности острия минимальна

£ Электроны будут перемещаться до тех пор, пока внешнее поле не уравновесится постоянно растущим внутренним

£ Электроны не будут перемещаться до тех пор, пока внешнее поле не уравновесится постоянно растущим внутренним

Тест5.3. Диэлектрик – это…

£ вещество, в котором электрические заряды могут свободно перемещаться по всему его объему

£ вещество, в котором отсутствуют свободные носители заряда

£ вещество, в котором электрические заряды могут быть получены путем какого-либо внешнего воздействия

£ вещество, в котором электрические заряды строго зафиксированы и не перемещаются его объему

Тест 5.4. Что характеризует свойство поляризуемости диэлектрика?

£ способность превращения молекул из неполярных в полярные

£ способность превращения молекул из полярных в неполярные

£ способность превращения молекул из связанных в свободные

£ способность превращения молекул из свободных в связанные

Тест 5.5. К каким выводам приводит выполнение "Опыта с диэлектриками"?

£ поверхность заряженного проводника всюду имеет одинаковый потенциал.

£ одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются.

£ диэлектрик в электрическом поле поляризуется.

£ металл и диэлектрик не экранируют электрическое поле.

£ металл экранирует электрическое поле, диэлектрик — не экранирует.

Электроемкость. Конденсаторы и их применение. Энергия и плотность энергии заряженного конденсатора[11]

6.1. Электроемкость.

6.2. Конденсаторы и их применение.

6.3. Энергия и плотность энергии заряженного конденсатора.

6.1. Электроемкость

Если сравнить формулы, описывающие зависимость напряженности электрического поля и потенциала этого поля от величины заряда тела, то можно заметить, что для большинства проводников между напряженностью поля вблизи поверхности проводника и его потенциалом j существует прямо пропорциональная зависимость.

С другой стороны, известно, что напряженность поля прямо пропорциональна плотности заряда (либо t, либо s, либо r) и, следовательно, величине самого заряда тела. Таким образом, можно записать, что E прямо пропорциональна q, это означает, что для большинства тел существует прямо пропорциональная зависимость между зарядом и потенциалом, т. е.:

где С – электроемкость.

Электроемкостью называется физическая величина, равная заряду, при сообщении которого потенциал повышается на единицу.

Электроемкость зависит от формы, размера проводника и диэлектрической проницаемости среды, окружающей проводник.

6.2. Конденсаторы и их применение

Устройство для накопления электрических зарядов называется конденсатором. Любой конденсатор состоит из двух металлических проводников – обкладок, разделенных слоем диэлектрика.

Конденсаторы бывают плоские, сферические, цилиндрические. По роду диэлектрика они подразделяются на воздушные, бумажные, слюдяные, керамические. По способу изготовления можно выделить особую группу – электролитические конденсаторы.

Опыт 6.1. Емкость плоского конденсатора[8,9]

Оборудование:

1. Конденсатор разборный.

2. Штативы изолирующие.

3. Электрометр.

4. Палочка эбонитовая или стеклянная с куском меха.

5. Штатив универсальный.

6. Провода соединительные.

7. Линейка или метр демонстрационный.

Рис. 6.1.

Ход работы:

1.Две металлические пластины, образующие плоский конденсатор, подключим к электрометру — прибору, измеряющему разность потенциалов. Убедимся, что электрометр показывает не заряд, а разность потенциалов.

2.Зарядив Диск В от электрофорной машины или от высоковольтного преобразователя до заряда Q, при котором стрелка электрометра отклонится до деления, близкого к наибольшему. Диск А зарядится через влияние зарядом, противоположным по знаку заряду на диске В. Пусть площадь каждой пластины (диска) S, расстояние между дисками d = 2 см. Заметим показание электрометра U при заряде конденсатора Q. 3.Уменьшим расстояние между пластинами в 2 раза. При этом заряд на пластиках не изменится. Получим новый конденсатор, у которого S1=S, , или C1=2C (емкость конденсатора увеличилась 2 раза). ‘Гак как, то. Поскольку емкость увеличилась в 2 раза, разность потенциалов должна уменьшиться в 2 раза, что и наблюдается при выполнении опыта. (Заряд Q не изменился, а показания электрометра изменились в соответствии с изменением разности потенциалов.).

4.Если увеличить расстояние d в 3 раза, то емкость уменьшится в 3 раза, а разность потенциалов возрастет в 3 раза.

Выводы:

1. Чем меньше площадь перекрытия – активная площадь, тем меньше электроемкость (и наоборот):

C~S.

2. Чем меньше расстояние между обкладками, тем больше электроемкость (и наоборот):

.

3. Чем меньше проницаемость диэлектриков, тем меньше электроемкость (и наоборот):

.

Обобщая результаты опыта, приходим к следующей зависимости :

.

Если ввести коэффициент, учитывающий выбор системы единиц, то можно перейти к строгому равенству. Приведем (без вывода) формулу емкости плоского конденсатора в СИ :

Конденсаторы, возможно, объединять в различные схемы. Существует два вида соединений конденсаторов: последовательное и параллельное.

Опыт 6.2.Зависимость емкости от свойств среды.

Цель работы:

Выявить зависимость емкости от свойств среды.

Оборудование:

1.  Плоский конденсатор

2.  Стеклянная пластина

3.  Электроскоп

Рис.6.2.

Ход работы.

1.  Заряжаем конденсатор. Помещаем между пластинами конденсатора пластинку из оргстекла и видим, что разность потенциалов уменьшается.

2.  После извлечения пластины емкость уменьшается, разность потенциалов вновь увеличивается.

Вывод:

В диэлектрике электрическое поле ослабляется и уменьшается соответственно разность потенциалов. Емкость конденсатора при этом увеличивается.

Опыт 6.3. Емкость уединенного проводника.

Цель работы:

Изучить емкость уединенного проводника.

Оборудование:

1.  Электроскоп

2.  Медная спираль

3.  Мех

4.  Эбонитовая палочка

Рис.6.3.

Ход работы.

Зарядив металлическую чашку электроскопа вместе с расположенной на ней медной спиралью от эбонитовой палки, мы видим, что при растягивании спирали, увеличении геометрических размеров проводника, показание электроскопа уменьшаются, а при уменьшении размера — увеличиваются.

Вывод:

Потенциал, который приобретает проводник при его заряжении, зависит от его электроемкости. Чем больше размеры проводника, тем больше емкость, и при одинаковом заряде потенциал будет меньше.