Билет 18
Электроемкость. Конденсатор. Последовательное и параллельное соединение конденсаторов.
При заряжении каким-либо способом двух проводников один из них приобретает положительный заряд величины q, а другой – отрицательный такой же величины. Между проводниками появляется электрическое поле и возникает разность потенциалов (напряжение). Если электрическое поле окажется достаточно сильным (напряжение большое), то может наступить пробой диэлектрика: диэлектрик становится проводящим, тогда между проводниками проскакивает искра, и они разряжаются. В природе это явление можно наблюдать во время грозы с молниями. Чем менее резко увеличивается напряжение проводника с увеличением их зарядов, тем больший заряд можно на них удержать.
Электроемкость – это величина, характеризующая способность двух проводников удерживать электрический заряд.
Электроемкостью двух проводников называют отношение заряда одного из проводников к разности потенциалов между этим проводником и соседним:
Электроемкостью уединенного проводника называют отношение заряда этого проводника q к его потенциалу при предположении, что потенциал проводника равен нулю в бесконечно удаленной точке:
Электроемкость проводника зависит от его формы, линейных размеров и электрических свойств окружающей среды и не зависит от материала проводника.
Электроемкость уединенного шара или проводящей сферы радиуса R равна:
C = 4πε 0 εR (7.14)
где ε0 – диэлектрическая постоянная.
Электроемкость двух проводников равна единице в системе СИ, если при сообщении им зарядов +1 Кл и –1 Кл между ними возникает разность потенциалов 1 В. Эту единицу называют фарадой [1 Ф ]; 1 Ф = 1 Кл /1 В.
|
|
Конденсатором называется система из двух проводников, разноименно заряженных одинаковыми по модулю зарядами, и разделенные тонким слоем диэлектрика.
Проводники, которые в этом случае называют обкладками конденсатора, должны иметь такую форму и расположение относительно друг друга, чтобы создаваемое ими электрическое поле было сосредоточено в ограниченной области пространства.
Различают плоские, сферические и цилиндрические конденсаторы (рис.7.11).
Электроемкость конденсатора рассчитывается по указанной выше формуле (7.12), электроемкости двух проводников:
Плоский конденсатор состоит из двух одинаковых параллельных пластин, расположенных на малом расстоянии друг от друга. Электроемкость плоского конденсатора равна:
где S – площадь каждой из пластин, d – расстояние между пластинами.
Энергия заряженного конденсатора определяется по формуле:
где q – заряд обкладок конденсатора, U – разность потенциалов между обкладками.
Свободные и вынужденные колебания
Механическими колебаниями называют движения тел, повторяющиеся точно или приблизительно через одинаковые промежутки времени.
Свободными называют колебания, возникающие под действием внутренних сил, т.е. сил действующих между телами внутри рассматриваемой системы тел.
Вынужденными называют колебания под действием внешних изменяющихся сил, т.е. сил действующих на тела системы со стороны других тел, не входящих в эту систему.
Условием возникновения свободных колебаний являются:
а) силы, действующие на тело, или хотя бы одна из них, должны зависит от координат;
|
|
б) силы трения в системе должны быть достаточно малы.
Общим признаком механических колебаний как физического процесса является повторяемость процесса движения через определенный промежуток времени. Минимальный интервал времени, через который происходит повторение движение тела, называется периодом колебаний. Период колебаний Т выражается в секундах [1 с ]. Физическая величина обратная периоду колебаний, называется частотой колебаний.
Частота определяет число колебаний происходящих за 1 с. За единицу частоты в СИ принят герц [1 Гц ]. 1 Гц = 1 с -1.
Циклическая частота определяет число колебаний, происходящих за 2 πс.
Связь между циклической частотой ω и частотой 
задается выражением:
Циклическая частота и период колебаний связаны соотношением:
Гармоническими называют колебания, описываемые уравнением:
где x – смещение тела от положения равновесия, ω – циклическая частота колебаний, t – время.
Модуль максимального смещения xm тела от положения равновесия называется амплитудой колебаний. Величина, стоящая под знаком косинуса, называется фазой φ гармонического колебания:
Фаза колебаний φ0 в начальный момент времени t =0 называется начальной фазой. Тело небольших размеров, подвешенное на нерастяжимой нити, масса которой пренебрежимо мала по сравнению с массой тела, называют математическим маятником.
Максимального значения амплитуда вынужденных колебаний достигает при частоте ω внешней среды приблизительно равной собственной частоте ω0 колебаний системы ω ≈ ω0.
|
|
Явление возрастания амплитуды установившихся вынужденных колебаний до максимального значения при приближении частоты изменения внешней силы к частоте свободных колебаний системы называется резонансом.