Справочник по физике для поступающих в ВУЗы - Гаевой А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Таким образом, за счет работы, совершаемой при зарядке тела, последнее приобретает энергию в виде анергии электрического поля. Чем больший зар>|д сообщается телу, тем большей будет работа, идущая на его зарядку, а значит, тем большей будет и энергия электрического поля заряженного тела;
В свою очередь заряд, внесенный в любую точку поля, также обладает энергией. Величина, численно равная энергии, которой обладает единичный точечный заряд, внесенный в некоторую точку поля, является характеристикой поля в данной точке н называется потенциалом. Обозначается ои буквой 9:
7 _ —. ^ Потенциал измеряется работой, которую совершают внешниа^силы при перемещении единичного положительного заряда из бесконечности (где потенциал условно принимается равным нулю) в данную точку поля. Потенциал представляет собой скалярную величину.
Разностью потенциалов — If2 называется величина, измеряемая работой перемещения единичного положительного заряда из одной точки ііоля в другую. Разность потенциалов не зависит от выбора точки нулевого потенциала, как это имеет место при определении потенциала точки.
Единицей измерения потенциала и разности потенциалов в си-стемеСИ является вольт (определение единицы сы. в разделе «Электрический ток»).
Работа, совершаемая при перемещении заряда q из точки поля с потенциалом в точку с потенциалом ?г, определяется выражением A= ?(?-?).
Потенциал точки поля, создаваемого точечным зарядом илн равномерно заряженным шаром, определяется по формуле
• =—Ї-.
4пее„г
где T — расстояние от точечного заряда до данной точки поля, или расстояние (в случае заряженного шара) от центра шара до данной точки поля.
Таким образом, электрическое поле в каждой точке можно характеризовать или напряженностью, которая является силовой характеристикой поля, или потенциалом, являющимся энергетической характеристикой,
Связь между рЭэностью потенциалов и напряженностью электрического поля в случае’«еднородного поля устанавливается следующим образо^'Пусть расстояйне между двумя какими-либо точками этого
поля, взятое в направлении силовой линии поля, равно d. Тогда при перемещении пробного заряда q0 из одной точки поля в другую совершится работа А, которую можно определить двояко:
A= Fd= Eqed, или A= д0 (у, — у2).
Задача. Определить количество электронов, образующих заряд пылинкн весом P= 5 • IO ® Г, если она находится в равновесии в электрическом поле, создаваемом двумя заряженными пластинами: Разность потенциалов между пластинами * — <ра = Ду = 3000 в,
а расстояние между ними <1 = 2 см. Заряд одного электрона равен е= 1,6- 10-»» к.
Решение. Пылиика находится в равновесии, если равнодействующая снл, действующих на нее, равна нулю, т. е. P — F= 0, или P=F. Пусть заряд пылинки q, тогда электрическая сила, действующая на нее, F = qE; поскольку
Дір ^
J.roF-Из условия равновесия находим
- '$¦
откуда
Pd У — Atp'
Подставив в полученное выражение значения величин в системе СИ, получим
Количество электронов, образующих такой заряд пылинки, определим, разделив ее заряд на заряд одного электройа:
п= — \ п= 2,04 IO3. е
Ответ. На пылинке имеется 2,04 • 10* избыточных электронов, которые образуют ее заряд.
§ 81. Электроемкость. Конденсаторы
Как уже указывалось, заряд, сообщаемый телу, и потенциал связаны между -собой. Чем больший заряд сообщен телу, тем большим будет и потенциал тела. Эту взаимосвязь можно выразить соотношением q = Cf, где С — электроемкость. Электроемкостью называется величина,, определяемая зарядом, который нужно сообщить проводнику, чтобы изменить его потенциал на единицу:
Электроемкость проводника зависит от тел, окружающих его. Действительно, электроемкость проводника определяется отношением его заряда к потенциалу; потенциал же проводника зависит не только от его заряда, но и от зарядов иа всех окружающих телах. Если окружающие тела даже и не были предварительно заряжены, то прн зарядке данного проводника на них возникнут индуцированные электрические заряды и, следовательно, изменится потенциал проводника.
Говоря об электроемкости проводника, обычно считают, что все тела удалены от него на достаточно большие расстояния н практически не влияют иа его электроемкость; тогда говорят, что проводник является уединенным. Электроемкость такого проводника зависит от его формы и размеров, но не от материала.
В системе СИ электроемкость измеряется в фарадах. Фарада — это электроемкость такого проводника, потенциал которого изменяется на 1 в при сообщении ему заряда вік.
Фарада — очень большая величина. Поэтому на практике пользуются единицами, равными ее долям: микрофарадой (мкф) и пикофарадой (пф), которые определяются следующим образом:
I мкф = 10-« ф; 1 пф = 10—ф.
Уединенные проводники обладают малой электроемкостью. Огромный шар таких размеров, как Земля, имеет электроемкость всего лишь 700 мкф.
На практике бывает потребность в устройствах, которые при относительно небольшом потенциале окружающих тел накапливали бы на себе (конденсировали) заметные по величине заряды. Такие устройства называются конденсаторами.
