Металлическую пластину и пластину из диэлектрика

Обновлено: 07.05.2024

Задачи, предлагавшиеся на вступительных экзаменах на факультет вычислительной математики и кибернетики МГУ им. М.В.Ломоносова в 2007 г.

II. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА (окончание)

9 Поплавок объёмом V = 5 л целиком погружён в жидкость и удерживается от всплывания нитью, закреплённой на дне. Начальная температура жидкости t₁ = 10 °C. На какую величину F изменится сила натяжения нити, если жидкость нагреть до температуры t₂ = 20 °C? Температурный коэффициент объёмного расширения жидкости в данном интервале температур t₀ = 0 °C равна 0 = 10 3 кг/м 3 . Ускорение свободного падения принять g = 10 м/с 2 .

Изменение силы натяжения нити равно изменению архимедовой силы, действующей на поплавок: F = V( 2 – 1)g. Плотность жидкости меняется с температурой по закону

Учитывая, что в рассматриваемом температурном диапазоне t – t₀) 1, получаем ответ:

F V 0g t₁ – t₂) = –7,5 · 10 –2 H.

Сила натяжения нити уменьшится.

III. ЭЛЕКТРОДИНАМИКА

1 Два одинаковых шарика, заряженных одноимёнными зарядами, удерживают на расстоянии a друг от друга. В некоторый момент времени один из шариков отпускают без начальной скорости, после чего он начинает движение. Когда расстояние между шариками становится равным 2a, отпускают без начальной скорости второй шарик. Определите, во сколько раз n скорость первого шарика будет превышать скорость второго шарика в момент, когда расстояние между ними станет равным 3a. Действием всех сил, кроме сил электростатического отталкивания, пренебречь.

Пусть m – масса каждого из шариков, q₁ и q₂ – заряды шариков, a, 1 и 2– модули скоростей первого и второго шариков в момент, когда расстояние между ними равно 3a. Из законов сохранения энергии и импульса следуют равенства:

m m 1 – m 2.

Исключая из этих равенств

1 2 – 8 1 2 + 2 2 = 0,

откуда Условию задачи удовлетворяет больший по величине корень.

2 Плоский лепесток толщиной , подвешен за свою верхнюю точку вплотную к тонкой вертикальной пластине, площадь которой значительно больше площади лепестка. На какой угол по поверхности пластины и обеим поверхностям лепестка? Электрическая постоянная 0, ускорение свободного падения g.

На участок лепестка площадью S действует сила тяжести m · g = g

направленная горизонтально. Направление равнодействующей этих сил для всех точек лепестка одно и то же, поэтому лепесток будет находиться в равновесии, если равнодействующая проходит через точку подвеса. Отсюда

3 Пластины плоского воздушного конденсатора расположены горизонтально. Верхняя пластина сделана подвижной и находится в начальном состоянии на высоте h = 1 мм над нижней пластиной, которая закреплена. Конденсатор зарядили до разности потенциалов U = 1000 В, отключили от источника и освободили верхнюю пластину. Какую скорость приобретёт падающая пластина к моменту соприкосновения с нижней пластиной? Масса верхней пластины m = 4,4 г, площадь каждой из пластин S = 0,01м 2 , электрическая постоянная 0 = 8,85 · 10 –12 Ф/м. Сопротивлением воздуха пренебречь. Ускорение свободного падения g = 10 м/с 2 .

При неограниченном сближении пластин плоского конденсатора, заряд на котором постоянен, энергия конденсатора стремится к нулю. Поэтому вся начальная энергия конденсатора переходит в кинетическую энергию движущейся пластины. Из закона сохранения энергии следует:

где – ёмкость конденсатора в начальном состоянии.

4 В плоский конденсатор вставлена диэлектрическая пластинка, как показано на рисунке. На конденсатор подали напряжение U. Найдите напряжённость электрического поля E внутри диэлектрика, если расстояние между обкладками конденсатора d, толщина пластинки h, диэлектрическая проницаемость диэлектрика

Пусть E₀ – напряжённость электрического поля в той части конденсатора, где нет диэлектрика. Напряжение между обкладками

где E = E₀/

5 Две одинаковые металлические пластины площадью S каждая расположены параллельно друг другу на расстоянии d, весьма малом по сравнению с размерами пластин. На одну из пластин поместили заряд q₁ = q, на другую – заряд q₂ = 5q того же знака. Определите разность потенциалов U между пластинами. Электрическая постоянная 0.

Модули напряжённостей электрических полей, создаваемых пластинами:

Эти поля однородны и в пространстве между пластинами направлены противоположно друг другу. По принципу суперпозиции, модуль результирующего поля между пластинами

Как влияет тип диэлектрика на емкость конденсатора?

Плоские конденсаторы, будь то вакуумные или воздушные, т.е. имеющие вакуум или воздух между обкладками, обычно имеют небольшую емкость. Её можно увеличить, манипулируя размером конденсатора, например, увеличивая площадь поверхности обкладок или уменьшая расстояние между ними. Однако оба решения не очень эффективны, поскольку, например, слишком большой размер ограничивает применимость конденсатора на практике, а уменьшение расстояния между обкладками может привести к пробою.

Существует еще один способ увеличения емкости конденсатора: между его обкладками можно поместить материал с диэлектрическими свойствами. Таким образом, в зависимости от используемого диэлектрика, емкость конденсатора может быть увеличена от нескольких до десятков раз.

Диэлектрики – это материалы, которые не проводят электричество. Во внешнем электрическом поле напряженностью E₀ молекулы диэлектрика поляризуются.

Эта поляризация создает внутреннее электрическое поле в диэлектрике E_p . Это поле направлено противоположно внешнему полю. В результате напряженность результирующего электрического поля внутри диэлектрика: E = E₀ + E_p , имеет меньшее значение, чем внешнее поле (рис. 1): E = E₀ – E_p .

Рис. 1. Линии электрического поля внутри плоского вакуумного конденсатора (слева) и конденсатора с диэлектриком между обкладками (справа)

Из-за поляризации внутри диэлектрика, заполняющего конденсатор, плотность линий электрического поля, а следовательно, и его напряженность, меньше, чем в вакуумном конденсаторе.

Отношение E₀ к E зависит от свойств диэлектрика и называется относительной диэлектрической проницаемостью: E₀ / E = ε_r .

Заметим, что константа ε_r безразмерна (не имеет определенных единиц) и ее значение удовлетворяет условию: ε_r ≥ 1 , где ε_r = 1 характеризует вакуум.

Заметим также, что если напряженность электрического поля внутри диэлектрика уменьшается в ε_r раз, то разность потенциалов (т.е. напряжение U) внутри диэлектрика также должна уменьшиться в ε_r раз: U₀ / U = ε_r [5].

Что же произойдет, если мы заполним пространство между обкладками конденсатора диэлектриком? Это уменьшит значение разности потенциалов U, сохраняя заряд на обкладках неизменным. Итак, давайте рассмотрим, как это повлияет на емкость данного конденсатора.

Емкость вакуумного конденсатора, т.е. конденсатора, между обкладками которого имеется вакуум, определяется по формуле:

Таким образом, после введения диэлектрика емкость составит: C = Q / U = Q / ( U₀ / ε_r ) = ε_r * Q / U₀ = ε_r * C₀ .

Это означает, что если между обкладками конденсатора поместить диэлектрик, то его емкость увеличится в ε_r раз: C = ε_r * C₀ .

В таблице 1. приведены примеры значений относительной диэлектрической проницаемости выбранных диэлектриков при комнатной температуре.

Материал	Относительная диэлектрическая проницаемость
Вакуум	1,0000
Воздух	1,0005
Тефлон	2,1
Полиэтилен	2,3
Бумага	3,5
Стекло	4,5
Фарфор	6,5
Вода	78

Таблица 1: Значения относительной диэлектрической проницаемости для различных материалов.

Как измерить значение относительной диэлектрической проницаемости?

Мы не измеряем эту величину напрямую, а определяем ее. Один из способов определения этой величины, который можно использовать, например, на уроках физики, заключается в измерении разности потенциалов между обкладками плоского конденсатора.

Вам понадобятся: диэлектрическая пластина (например, кусок стекла или пластика), демонстрационный конденсатор (или две металлические пластины, которые можно расположить параллельно друг другу), электроскоп и электростатическая (индукционная) машина.

Мы раздвигаем обкладки конденсатора (или металлические пластины) так, чтобы диэлектрик заполнил пространство между ними (около 1-2 см). С помощью электростатической машины мы заряжаем одну из обкладок конденсатора. Вторую обкладку можно прикрепить к штативу или просто держать в руке – если ее заземлить, она выработает тот же заряд, что и первая. Считайте показания электроскопа (рис. 2.). Затем вставьте диэлектрик между крышками и снова считайте показания электроскопа.

Рис. 2. Исследование с помощью электроскопа напряжения между обкладками плоского конденсатора: а) с воздухом, б) с диэлектриком между обкладками

Когда диэлектрик вставляется между обкладками конденсатора, напряжение между обкладками уменьшается, что заставляет створки электроскопа опускаться вниз.

Электроскоп измеряет напряжение между обкладками конденсатора. Подставив полученные результаты в формулу (5), определим относительную диэлектрическую проницаемость материала. Обратите внимание, что не имеет значения, в каких единицах мы измеряем напряжение – параметр ε_r является безразмерным.

Диэлектрики в электрическом поле - формулы и определение с примерами

Укрепим на стержне электрометра металлическую пластину и сообщим ей некоторый заряд. При этом стрелка отклонится от положения равновесия (рис. 1.14).

Поднесем к диску пластину из плексигласа или другого диэлектрика. Показания стрелки электрометра заметно уменьшатся (рис. 1.15).

Похожее явление будем наблюдать в случае приближения к пластине палочки, заряженной зарядом противоположного знака.

Как же объяснить это явление?

В диэлектриках, в отличие от проводников, отсутствуют свободные носители электрического заряда. Образуя молекулы, атомы диэлектрика обмениваются электронами, но не теряют связи с ними. Если такой диэлектрик поместить в электрическом поле, то изменения происходят в самих молекулах. Эти изменения имеют электрическую природу, но для разных диэлектриков они проявляются по-разному. Это зависит от строения молекул.

У многих диэлектриков молекулы представляют собой диполи, в которых разноименно заряженные частицы, входящие в состав молекулы, смещены от центра в противоположные стороны (рис. 1.16).

Рис. 1.16. Полярные молекулы - диполи

При отсутствии электрического ноля молекулы расположены неупорядоченно и совершают только колебательные тепловые движения (рис. 1.17). При внесении диэлектрика в электрическое поле происходит ориентация молекул вдоль линий напряженности внешнего электрического поля (рис. 1.18).

Таким образом в диэлектрике появляется некоторая упорядоченность в расположении молекул так, что в одном направлении преобладают отрицательно заряженные частицы, а в другом - положительно. Такое состояние диэлектрика называют поляризацией.

Pиc. 1.17. Ориентация полярных
молекул в диэлектрике при
отсутствии электрического поля

Если молекулы диэлектрика неполярны, то под действием электрического поля электроны смещаются и их орбиты изменяются так, что образуют диполи, изначально ориентированные вдоль электрического поля. Естественно, что вследствие этого диэлектрик поляризуется.

Поляризация диэлектриков приводит к тому, что в них появляется дополнительное электрическое поле, направление линий напряженности (рис. 1.19).

Puc. 1.19. Напряженность электрического поля внутри диэлектрика меньше напряженности внешнего электрического поля

Соответственно напряженность электрического поля в диэлектрике будет меньше, чем вне его.

Таким образом диэлектрик ослабляет электрическое поле. Поскольку в различных диэлектриках ото ослабление различно, то для характеристики их электрических свойств вводят физическую величину, которую называют относительной диэлектрической проницаемостью или просто диэлектрической проницаемостью ε. Она показывает, во сколько раз напряженность электрического поля в диэлектрике меньше, чем вне его.

где ε - диэлектрическая проницаемость; E₀ - модуль вектора напряженности электрического поля вне диэлектрика; E модуль вектора напряженности электрического поля в диэлектрике.

Влияние вещества на электрическое поле приводит к изменению силы, действующей на заряженное тело, находящееся в этом веществе. Пo определению

Из последнего следует, что сила, действующая на заряженное тело в веществе, меньше, чем в вакууме:

Значения диэлектрической проницаемости для различных веществ различны. Ее значения для некоторых веществ приведены в таблице.

Таблица:
Диэлектрическая проницаемость для различных веществ (при нормальных условиях)

Вещество	Диэлектрическая проницаемость
Воздух	1,000594
Азот	1,00058
Керосин	2,1
Kварц плавленый	3,75
Керамика (CaTiO₃)	150. 165
Стекло	8. 11
Эбонит	3
Картон	4
Парафин	2
Слюда	6
Воск пчелиный	3
Сегнетовая соль	10 000
Трансформаторное масло	2,2. 2,5
Вода	81

Значения диэлектрической проницаемости существенно зависят от химического состава диэлектрика.

Даже незначительные изменения химического состава приводят к существенным изменениям диэлектрической проницаемости. Благодаря этому созданы многочисленные диэлектрики с уникальными электрическими свойствами, при меняемые в современной электронной и электротехнической промышленности.

Среди них особое место занимают электреты - электрические аналоги магнитов.

Диэлектрики, сохраняющие состояние поляризации при отсутствии постороннего поля, называют электретами.

Электреты - электрические аналоги магнитов.

Если большинство диэлектриков теряют поляризацию при отсутствии внешнего электрического поля, то электреты могут длительное время сохранять это состояние. Они стали базой для создания высокоэффективных электретных микрофонов, имеющих большую чувствительность, небольшие габариты и массу. К их преимуществам необходимо отнести и то, что они не создают магнитного поля, что важно при плотной упаковке элементов современной электронной аппаратуры.

В современной технике широко используются жидкие кристаллы.

Имея полярную структуру молекул, они существенно изменяют свои физические свойства под действием электрического поля.

Жидкие кристаллы изменяют свои свойства под действием электрического поля.

Так, если жидкость относится к категории жидких кристаллов и имеет полярные молекулы, в обычном состоянии совершенно прозрачна, то в электрическом поле ее прозрачность существенно уменьшается. C этим явлением мы встречаемся всегда, когда наблюдаем за дисплеем микрокалькулятора, мобильного телефона или ноутбука, панель которого состоит из отдельных ячеек, наполненных жидкокристаллическим веществом. Устройство такой ячейки показано на рисунке 1.20.

Жидкий кристалл 5 в ячейке расположен между двумя плоскопараллельными прозрачными пластинами 2, на внутренних поверхностях которых нанесены прозрачные электроды 3.

Puc. 120. Устройство жидкокристаллической электрооптической ячейки

Расстояние между электродами составляет несколько десяткой микрометров и устанавливается диэлектрическими прокладками между пластинами 4. На внешние поверхности пластин наносятся поляроидные пленки 1 (о них ты подробнее узнаешь позже, при изучении оптики). Если ячейка должна работать в отраженном свете (как в микрокалькуляторе), то на нижнюю поверхность пластин наносят зеркальное покрытие с хорошими отражательными свойствами. При отсутствии электрического поля молекулы расположены параллельно пластинам и жидкость непрозрачна для света. Вся ячейка будет темной. Приложение напряжения к пластинам создаст электрическое поле, под действием которого ориентация молекул изменится. Ячейка станет прозрачной. Управляя системой таких электрооптических жидкокристаллических ячеек, можно создавать изображение цифр, геометрических фигур или более сложных объектов.

Сайт создан коллективом преподавателей на некоммерческой основе для дополнительного образования молодежи

Сайт пишется, поддерживается и управляется коллективом преподавателей

Telegram и логотип telegram являются товарными знаками корпорации Telegram FZ-LLC.

Cайт носит информационный характер и ни при каких условиях не является публичной офертой, которая определяется положениями статьи 437 Гражданского кодекса РФ. Анна Евкова не оказывает никаких услуг.

Электрическое поле между двумя пластинами: формула, величина, направление, имп. Часто задаваемые вопросы

В этой статье мы будем использовать закон Гаусса для расчета электрического поля между двумя пластинами и электрического поля конденсатора.

Электрическое поле между двумя пластинами:

Игровой автомат электрическое поле электрическое свойство, связанное с любым зарядом в космосе. Таким образом, электрическое поле - это любая физическая величина, которая принимает разные значения электрической силы в разных точках данного пространства.

Электрическое поле - это область или область, в каждой точке которой действует электрическая сила.

В общих чертах электрические поля можно описать как электрическую силу на единицу заряда.

Если мы рассмотрим бесконечную плоскость, имеющую однородный заряд на единицу площади, т. Е., То для бесконечной плоскости электрическое поле может быть задано как:

Давайте посмотрим на электрическое поле, когда задействованы две заряженные пластины.

Между двумя заряженными пластинами существует однородное электрическое поле:

Согласно закону Кулона электрическое поле вокруг точечного заряда уменьшается по мере удаления от него. Однако однородное электрическое поле может быть создано путем выравнивания двух бесконечно больших проводящих пластин параллельно друг другу.

«Если в каждой точке данного пространства напряженность электрического поля остается неизменной, то электрическое поле называется однородным электрическим полем».

Силовые линии однородного электрического поля стремятся быть параллельны друг другу, и расстояние между ними также равно.

Параллельные силовые линии и однородное электрическое поле между двумя параллельными пластинами обеспечивают одинаковую силу притяжения и отталкивания испытательного заряда независимо от того, где он находится в поле.

Линии поля всегда проходят от областей с высоким потенциалом к областям с низким потенциалом.

Направление электрического поля между двумя пластинами:

Электрическое поле распространяется от положительно заряженной пластины к отрицательно заряженной.

Например, предположим, что верхняя пластина положительна, а нижняя пластина отрицательна, тогда направление электрического поля задается, как показано на рисунке ниже.

Положительные и отрицательные заряды ощущают силу под действием электрического поля, но ее направление зависит от тип заряда, положительный или отрицательный. Положительные заряды воспринимают силы в направлении электрического поля, тогда как отрицательные заряды ощущают силы в противоположном направлении..

Электрическое поле между двумя параллельными пластинами одного заряда:

Предположим, у нас есть две бесконечные пластины, которые параллельны друг другу и имеют положительную плотность заряда. Теперь мы вычисляем чистое электрическое поле, создаваемое этими двумя заряженными параллельными пластинами.

Оба электрических поля противостоят друг другу в центре двух пластин. В результате они нейтрализуют друг друга, что приводит к нулевому электрическому полю внутри.

Оба электрических поля направлены в одном направлении вне пластин, то есть слева и справа. Таким образом, его векторная сумма будет? /? 0.

Eout = E1 + E2

Электрическое поле между двумя параллельными пластинами противоположного заряда:

Предположим, у нас есть две пластины с плотностями заряда + ර и -ර. Расстояние d разделяет эти две пластины.

Пластина с положительной плотностью заряда создает электрическое поле E = ර / 2 ε0. И направление его - наружу или от пластины, в то время как пластина с отрицательной плотностью заряда имеет противоположное направление, то есть направление внутрь.

Итак, когда мы используем принцип суперпозиции с обеих сторон пластин, снаружи и внутри пластин, то мы можем видеть, что вне пластины оба вектора электрического поля имеют одинаковую величину и противоположное направление, и, таким образом, оба электрических поля компенсируют друг друга. . Так, вне пластин не будет электрического поля.

∴Eвых=0

Поскольку они поддерживают друг друга в одном направлении, чистое электрическое поле между двумя пластинами составляет E = ර / ε0.

Eв = E1 + E2

Это тот факт, что мы используем для формирования конденсатора с параллельными пластинами.

Электрическое поле между двумя пластинами задано напряжением:

В физике для описания любого распределения заряда используется либо разность потенциалов ΔV, либо электрическое поле E. Разность потенциалов ΔV тесно связана с энергией, а электрическое поле E связано с силой.

E - векторная величина, подразумевая, что она имеет как величину, так и направление, тогда как ΔV - это скалярная переменная без направления.

Когда между двумя проводящими пластинами, параллельными друг другу, подается напряжение, создается однородное электрическое поле.

Сила электрического поля прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна расстоянию между двумя пластинами.

Электрическое поле между двумя параллельными пластинчатыми конденсаторами:

Параллельный пластинчатый конденсатор:

Конденсатор с параллельными пластинами состоит из двух проводящих металлических пластин, которые соединены параллельно и разнесены на определенное расстояние. Диэлектрическая среда заполняет зазор между двумя пластинами.

Диэлектрическая среда представляет собой изолирующий материал, и это может быть воздух, вакуум или некоторые непроводящие материалы, такие как слюда, стекло, электролитический гель, бумажная вата и т. Д. Диэлектрический материал препятствует прохождению тока через него из-за своего непроводящего свойства.

Однако при приложении напряжения к параллельным пластинам атомы диэлектрической среды поляризуются под действием электрического поля. В процессе поляризации образуются диполи, и эти положительные и отрицательные заряды будут накапливаться на пластинах конденсатора с параллельными пластинами. По мере накопления зарядов через конденсатор течет ток, пока разность потенциалов между двумя параллельными пластинами не уравняется с потенциалом источника.

Напряженность электрического поля конденсатора не должна превышать напряженность поля пробоя диэлектрического материала в конденсаторах с параллельными пластинами. Если рабочее напряжение конденсатора превышает его предел, пробой диэлектрика вызывает короткое замыкание между пластинами, немедленно разрушая конденсатор.

Таким образом, чтобы защитить конденсатор от такой ситуации, не следует превышать предел приложенного напряжения и выбирать диапазон напряжения конденсаторов.

Электрическое поле между параллельными пластинами конденсатора:

На следующем рисунке показан конденсатор с параллельными пластинами.

В этом случае мы возьмем две большие проводящие пластины, параллельные друг другу, и разделим их на d. Зазор заполнен диэлектрической средой, как показано на рисунке. Расстояние d между двумя пластинами значительно меньше площади каждой пластины. Поэтому мы можем написать d

Здесь плотность заряда 1-й пластины составляет +, а плотность заряда 2-й пластины -ර. Пластина 1 имеет общий заряд Q, а пластина 2 имеет общий заряд -Q.

Как мы видели ранее, когда взяты две параллельные пластины с противоположным распределением заряда, электрическое поле во внешней области будет равно нулю.

В результате чистое электрическое поле в центре конденсатора с параллельными пластинами можно рассчитать следующим образом:

E = E1 + E2

Где ර - поверхностная плотность заряда пластины

ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрического материала, используемого для формирования конденсаторов.

Из приведенного выше уравнения мы можем сказать, что диэлектрическая среда вызывает уменьшение напряженности электрического поля, но она используется для увеличения емкости и поддержания контакта проводящих пластин.

Величина электрического поля между двумя заряженными пластинами:

Если принять во внимание две бесконечно большие пластины, напряжение не подается, то величина электрического поля согласно закону Гаусса должна быть постоянной. Но электрическое поле между двумя пластинами, как мы заявляли ранее, зависит от плотности заряда пластин.

Следовательно, если две пластины имеют одинаковые плотности заряда, то электрическое поле между ними равно нулю, а в случае противоположных плотностей заряда электрическое поле между двумя пластинами задается постоянным значением.

Когда заряженным пластинам подается напряжение, величина электрического поля определяется разностью потенциалов между ними. Более высокая разность потенциалов создает сильное электрическое поле, а большее расстояние между пластинами приводит к слабому электрическому полю.

Таким образом, расстояние между пластинами и разность потенциалов являются важными факторами напряженности электрического поля.

Часто задаваемые вопросы:

Q. Чем электрическое поле между параллельными пластинами отличается от электрического поля вокруг заряженной сферы?

Ответ Электрические поля между параллельными пластинами и вокруг заряженной сферы неодинаковы. Посмотрим, как они различаются.

Электрическое поле между параллельными пластинами зависит от плотности заряда пластин. Если они заряжены противоположно, то поле между пластинами / ε0, а если у них есть заряды, то поле между ними будет равно нулю.

Вне заряженной сферы электрическое поле определяется выражением тогда как поле внутри сферы равно нулю. В этом случае r представляет собой расстояние между точкой и центром.

В. Что произойдет с электрическим полем и напряжением, если расстояние между пластинами конденсатора увеличится вдвое?

Ответ E = ර / ε0 определяет электрическое поле между конденсаторами с параллельными пластинами по закону Гаусса.

Согласно закону Гаусса электрическое поле остается постоянным, поскольку оно не зависит от расстояния между двумя пластинами конденсатора. Если говорить о разности потенциалов, она прямо пропорциональна расстоянию между двумя пластинами конденсатора и определяется выражением

Таким образом, если расстояние увеличивается вдвое, то увеличивается и разность потенциалов.

В. Как рассчитать электрическое поле в конденсаторе с параллельными пластинами?

Ответ В конденсаторах с параллельными пластинами обе пластины заряжены противоположно. Таким образом, электрическое поле вне пластин будет нейтрализовано.

Обе пластины заряжены противоположно, поэтому поле между пластинами будет поддерживать друг друга. Кроме того, между двумя пластинами присутствует диэлектрическая среда, поэтому диэлектрическая проницаемость диэлектрика также будет важным фактором.

Закон Гаусса и концепция суперпозиции используются для расчета электрического поля между двумя пластинами.

Е = Е1 + Е2

Где ර - поверхностная плотность заряда

ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрического материала.

Q. Почему электрическое поле между пластинами конденсаторов уменьшается при введении диэлектрической пластины? Объясните с помощью схемы.

Ответ Когда диэлектрический материал помещается между параллельными пластинами конденсатора под действием внешнего электрического поля, атомы диэлектрического материала поляризуются.

Накопление заряда на обкладках конденсатора вызвано индуцированным зарядом в диэлектрическом материале. Как показано на рисунке ниже, это накопление заряда вызывает электрическое поле между двумя пластинами, которое сопротивляется внешнему электрическому полю.

На приведенном выше рисунке показана диэлектрическая пластина между двумя пластинами конденсатора, поскольку диэлектрическая пластина индуцирует противоположное электрическое поле; следовательно, чистое электрическое поле между пластинами конденсатора уменьшается.

Q. Две идентичные металлические пластины получают положительный заряд Q1 и Q2 соответственно. Если их соединить вместе, чтобы сформировать конденсатор с параллельными пластинами с емкостью C, разность потенциалов между ними составит …… ..

Ответ Емкость конденсатора с параллельными пластинами, который состоит из двух одинаковых металлических пластин, рассчитывается следующим образом:

Где C - емкость конденсатора с параллельными пластинами.

A - площадь каждой пластины

d - расстояние между параллельными пластинами

Скажем, плотность поверхностного заряда равна

Теперь чистое электрическое поле можно определить как

Возможная разница представлена,

Таким образом, подставляя указанные выше значения в это уравнение, мы получаем разность потенциалов

В. Что происходит, когда между параллельными пластинами конденсатора вводится диэлектрический материал?

Ответ Электрическое поле, напряжение и емкость изменяются, когда мы вводим диэлектрический материал между параллельными пластинами конденсатора.

Электрическое поле падает, когда диэлектрический материал вводится между параллельными пластинами конденсатора из-за накопления заряда на параллельных пластинах, что создает электрическое поле в направлении, противоположном внешнему полю.

Электрическое поле определяется выражением

Электрическое поле и напряжение пропорциональны друг другу; таким образом, напряжение также уменьшается.

С другой стороны, емкость конденсатора увеличивается, поскольку она пропорциональна диэлектрической проницаемости диэлектрического материала.

В. Существует ли магнитное поле между пластинами конденсатора?

Ответ Магнитные поля существуют между двумя пластинами только тогда, когда электрическое поле между двумя пластинами изменяется.

Таким образом, когда конденсатор заряжается или разряжается, электрическое поле между двумя пластинами изменяется, и только в это время существует магнитное поле.

В. Что происходит, когда сильное электрическое поле сохраняется в очень маленькой области пространства? Есть ли предел емкости?

Ответ Конденсаторы - это электрические устройства, которые используют постоянное электрическое поле для хранения электрических зарядов в виде электроэнергия. Между пластинами конденсатора лежит диэлектрический материал.

Если приложенное внешнее электрическое поле превышает напряженность поля пробоя диэлектрического материала, то изолирующий диэлектрический материал становится проводящим. Электрический пробой приводит к возникновению искры между двумя пластинами, которая разрушает конденсатор.

Каждый конденсатор имеет разную емкость в зависимости от используемого диэлектрического материала, площади пластин и расстояния между ними.

Допуск конденсатора находится где-то между в рекламируемой стоимости.

В. Каковы применения закона Гаусса?

Ответ Закон Гаусса имеет различные приложения.

Электрическое поле на расстоянии r в случае бесконечно длинной проволоки E =? / 2? Ε0

Напряженность электрического поля почти бесконечного плоского листа E = ර / 2 ε0
Напряженность электрического поля на внешней поверхности сферической оболочки равна и E = 0 внутри оболочки.
Напряженность электрического поля между двумя параллельными пластинами E = / ε0, когда диэлектрическая среда находится между двумя пластинами, тогда E = / ε.

В. Формула для емкости с параллельными пластинами:

Ответ Поддерживая электрическое поле, конденсаторы используются для хранения электрических зарядов в электрической энергии.

Когда пластины разделены воздухом или пространством, формула конденсатора с параллельными пластинами выглядит так:

Читайте также: