Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №12

Журнал «Домашняя лаборатория»

Конденсаторы применяют в цепях задержки (реле времени), в блоках настройки, сетевых фильтрах и блоках питания. Усиление и ослабление тока, заряда и напряжения в цепях с постоянным током, таких, как реле времени, контролируется конденсатором, последовательно соединенным с резистором и переключателем. Конденсатор разряжается со скоростью, зависящей от емкости С и сопротивления R резистора. Постоянной времени RC называется промежуток времени, за который сила тока уменьшается на 37 % по сравнению с начальным уровнем при разрядке конденсатора в цепи постоянного тока.

См.

также статью «Разность потенциалов и мощность».

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ 1 — НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Электрическое поле представляет собой область, окружающую заряженный объект, в которой на другой заряженный объект действует сила притяжения или отталкивания. Силовые линии электрического поля — линии, вдоль которых двигались бы точечные заряды в свободном состоянии.

Напряженностью электрического поля Е в данной точке электрического поля называется отношение силы, действующей на точечный положительно заряженный объект, к величине его заряда. Напряженность электрического поля измеряют в ньютонах на кулон (Н/К) или в вольтах на метр (В/м). Отсюда следует, что сила F, действующая на точечный заряд q в данной точке поля, равна произведению qE, где Е — напряженность электрического поля в данной точке.

Между двумя противоположно заряженными пластинами, расположенными на определенном расстоянии, существует однородное электрическое поле. Силовые линии параллельны друг другу и перпендикулярны пластинам. Поскольку поле однородно, его напряженность везде одинакова по абсолютной величине и направлению. Потенциал увеличивается равномерно от отрицательной до положительной пластины вдоль силовой линии. Для разности потенциалов V_р между пластинами работа по переносу точечного заряда q от одной пластины к другой равна qV_r, отсюда сила F, действующая на q, равна отношению проделанной работы к расстоянию qV_p/d, где d — расстояние между пластинами. Отсюда получаем формулу для напряженности электрического поля:

Е = F/q = V_p/d.

Точечный заряд окружает радиальное электрическое поле. Силовые линии направлены от заряда, если он положителен, и к заряду, если он отрицателен. Представим себе частицу с зарядом q, расположенную в электрическом поле, созданном частицей с гораздо большим зарядом Q. Сила взаимодействия двух зарядов согласно закону Кулона:

F = Qq/4??₀r²,

где ?₀ — абсолютная диэлектрическая проницаемость, r — расстояние между двумя частицами. Следовательно, напряженность электрического поля заряда Q в данной точке по отношению к заряду q:

Е = F/q = Q/4??₀r².

Отметим,

что закон Кулона является примером закона обратного квадрата, поскольку сила F обратно пропорциональна квадрату расстояния r.

См. также статьи «Законы обратных квадратов», «Электрическое поле 2».

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ 2 — ДИЭЛЕКТРИКИ

Диэлектриком называется изолирующее вещество, которое, будучи помещенным между заряженными объектами, ослабляет силу их взаимодействия. Если между заряженными объектами поместить диэлектрик, их можно легче сблизить или удалить друг от друга. В электрическом поле молекулы диэлектрика поляризуются и образуют поле обратной поляризации, существенно ослабляющее действие внешнего поля. В конденсаторах это явление увеличивает количество заряда, способное накопиться при той же разности потенциалов; таким образом увеличивается емкость конденсаторов. Вода является эффективным диэлектриком, поэтому многие твердые вещества распадаются в ней на ионы.

Если диэлектрик поместить между двумя разноименно заряженными параллельными пластинами, подсоединенными к батарее, количество заряда, накопленного на пластинах, увеличится. Это происходит потому, что диэлектрик ослабляет электрическое поле между пластинами и батарея может передать больший заряд пластинам. Отношение количества заряда, накопленного на пластинах плоскопараллельного конденсатора при наличии диэлектрика, к количеству заряда при отсутствии диэлектрика (в вакууме) называется относительной диэлектрической проницаемостью ? вещества (среды).

Емкость пары параллельных пластин С = Q/V, где Q — заряд, накопленный при разности потенциалов V. При той же разности потенциалов и наличии между пластинами диэлектрика заряд увеличивается за счет фактора в. Следовательно, емкость пластин повышается. На практике, в большинстве конденсаторов «пластины» представляют собой две полоски металлической фольги, разделенные диэлектриком и завернутые в трубку. Чем больше относительная диэлектрическая проницаемость вещества, тем больше емкость конденсатора. Напряжение источника, к которому подсоединяют для зарядки конденсатор с диэлектриком, не должно превышать предельно допустимого напряжения (обычно указываемого на конденсаторе), иначе возникнет пробой, т. е. диэлектрик станет пропускать ток.

См. также статьи «Электрическая емкость», «Электрическое поле 1».

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТОКИ

Электрический ток — это поток заряда, вызванный разностью потенциалов; передача тепла при теплопроводности — это поток тепла, вызванный разностью температур, а поток жидкости или газа — их перемещение, вызванное разностью давлений. Следовательно, общей характеристикой этих потоков является наличие некоей разности, которая заставляет частицы или энергию перемещаться из одного места в другое.