Онлайн-урок №16 "Потенциал и напряжение. Конденсаторы. Однородное электрическое поле."

Конспект 22. Потенциал и напряжение.

3. Потенциал и энергия электрического поля

Определение. Потенциал электрического поля () – энергетическая характеристика точки поля, показывающая какая энергия поля приходится на внесенный заряд.
– потенциал электрического поля, В
Где  – энергия электрического поля в данной точке, Дж
 – потенциал электрического поля точечного заряда в вакууме (порождающий поле), В
 – работа электрического поля по перемещению заряда, Дж
Замечания:
1) Разность потенциалов ∆φ между двумя точками поля принято называть напряжением  (если действуют только электрические силы);
2) Работа электрического поля определяется начальным и конечным положением заряда и не зависит от формы траектории;
3) Работа перемещения заряда по замкнутой траектории равна нулю;
4) Условие перемещения зарядов под действием поля – наличие разности потенциалов между точками поля.

Определение. Эквипотенциальные поверхности – это множество точек с одинаковым потенциалом. Для точечных зарядов это сферы.

Замечание. Работа поля по перемещению заряда между точками эквипотенциальной поверхности равна нулю.

Пример. Разгон частицы электрическим полем: .
 – принцип суперпозиции потенциалов
Где  результирующий потенциал в данной точке поля, полученный наложением (суперпозицией) электрических полей отдельных зарядов с потенциалами .

4. Свойства проводников и диэлектриков

Определение. Проводники – вещества с большим количеством свободных заряженных частиц.
Свойства проводников: 
1) Заряд распространяется равномерно по всей поверхности однородного проводника; 
2) Напряженность электрического поля внутри проводника равна нулю;
3) Потенциал во всех точках в объеме проводника одинаков;
4) Электростатическая индукция – явление разделения заряда во внешнем электрическом поле.

Определение. Диэлектрики – вещества с малым количеством свободных заряженных частиц.
Свойства диэлектриков: 
1) Заряд может неравномерно распределяться по поверхности; 
2) Напряженность электрического поля, потенциал, а также сила кулоновского взаимодействия внутри диэлектрика ослабляется в определенное количество раз. Величину ослабления действия электрического поля внутри диэлектрика принято называть диэлектрической проницаемостью среды () – это степень поляризации, которая показывает во сколько раз внешнее поле в вакууме с напряженностью Е_0 ослабляется в диэлектрике ().
 – сила электрического взаимодействия в диэлектрике, Н
– напряженность поля точеного заряда в диэлектрике, В/м
 – потенциал электрического поля точечного заряда в диэлектрике, В
3) Поляризация – явление деформации или ориентации молекул диэлектрика во внешнем электрическом поле и образование в следствие этого связанных зарядов на его поверхности.

5. Описание электрического поля по его графическому изображению

Пример. Сравнить напряженность и потенциал в точках 1 и 2 электрического поля, изображенного на рисунке.

Правило 1. Напряженность поля больше в той точке, где плотнее расположены силовые линии поля.
Правило 2. Потенциал уменьшается при движении вдоль силовой линии поля.

Замечание. Силовые линии перпендикулярны к эквипотенциальным поверхностям в точках пересечения.

Конспект 23. Однородное электрическое поле. Конденсаторы.

6. Однородное поле. Конденсатор

Определение. Однородное электрическое поле – поле, в любой точке которого значение и направление вектора напряженности неизменно, т.е. . В таком поле линии напряженности параллельны между собой и расположены одинаково плотно. 
Замечание. Однородное электрическое поле создается у поверхности заряженной проводящей плоскости больших размеров и между двумя параллельными разноименно заряженными большими проводящими плоскостями.

 – напряженность однородного электрического поля, В/м
Где d – расстояние между точками на одной силовой линии однородного поля, м
 – разность потенциалов между этими точками, В
Движение заряженной частицы в однородном электрическом поле:
1) Если частица влетает в поле параллельно к силовым линиям, то она будет двигаться равнопеременно прямолинейно;
2) Если частица влетает в поле не параллельно силовым линиям, то траекторией ее движения будет парабола.
Определение. Конденсатор – устройство для накопления электрического заряда и энергии электрического поля.

Замечание. Основными элементами конденсатора являются парные проводники, на которых накапливается противоположный по знаку заряд за счет разделения их слоем диэлектрика.
Определение. Плоский конденсатор – простейший конденсатор, который представляет собой систему из двух плоских параллельных проводящих пластин, между которыми расположен диэлектрик.
Определение. Электроемкость () – величина, характеризующая способность проводника накапливать электрический заряд. Мы будем рассматривать емкость конденсаторов.
 – емкость конденсатора, Ф
Где q – модуль заряда одной из пластин конденсатора, Кл
U – напряжение между пластинами конденсатора, В
– емкость плоского конденсатора, Ф

Где ε – диэлектрическая проницаемость прослойки между пластинами (табл.), ед
 - электрическая постоянная
S – площадь пластины конденсатора, м^2
d – расстояние между пластинами конденсатора, м 
 – энергия электрического поля конденсатора, Дж

7. Соединения конденсаторов

Обозначение конденсатора в электрической схеме: 

1) Параллельное соединение:

2) Последовательное соединение:

 – общая емкость для двух последовательно соединенных конденсаторов, Ф