Енергија електричног поља: експерименти и формуле

Када се разматра енергија електричног поља, треба проучити његову акумулацију и потрошњу. Енергетски акумулатори су електрокондензери. Код малих димензија такав уређај може концентрисати велику количину енергије.

Када проучавамо кондензаторе, постаје лакше разумјети електростатичке законе и могућности модерних уређаја. То су, на пример, познати дигитални мултимери, којима се врше мерења у пикофарадима. Прво, параметре треба процијенити електростатичким методама, а након тога - мултимером.

Електрични капацитет продуженог водича

Проучавање овог уређаја даје боље разумевање питања шта је енергија електричног поља. Проводници су у стању да акумулирају и уштеде трошкове. Ово својство се назива електрични капацитет.

Да би се разумела зависност потенцијала издуженог проводника од набоја, потребно је измерити потенцијале напуњеног тела. То је згодно урадити на терену.

Као електростатски волтметар користи се електрометар са шупљом проводном куглом и уземљеним телом и мери се потенцијал тела у односу на тло.

Кугла сонди додирује електрични извор и на тај начин преноси пуњење у њега. У овом случају, волтметар ће показати присуство одређеног потенцијала.

Понављајући искуство, може се закључити да је однос пуњења и потенцијала константан.

Променом шупље кугле у другу и извршењем истих експеримената, ако волтметар показује велике вредности у поређењу са претходним, може се закључити да друга кугла има мањи капацитет.

У међународном систему СИ јединица мјерења електрични капацитет - фарад.

Искуство са сферним проводником

Ако у медију са диелектричном константом узмемо сферни проводник, где је потенцијал на бесконачности једнак нули, онда је потенцијал у сфери са набојем једнак К / 4ПƐ˳ƐР, а капацитивност Ц = 4ПƐ˳ƐР,

Испоставља се да је електрични капацитет издужене кугле пропорционалан његовом радијусу.

Из експеримената следи да се тела сматрају издуженим ако околна тела не проузрокују значајну прерасподелу набоја у њима.

Кондензатор

Кондензатор је направљен од двије идентичне паралелне плоче и на њега је прикључен електрометар, који ће радити као волтметар. Проводна сфера је доведена до свог штапа. Плоча се пуни преносом пуњења ебони стицкс. Тада ће волтметар показати присуство напона који се појавио између плоча.

Преношењем једнаких набоја унутар шупље сфере, повећајте очитање инструмента. Према томе, капацитет плоча ће бити следећи: Ц = к / У, способан да ради као кондензатор који акумулира електричну енергију (где је к набој једне од плоча).

Капацитет равног кондензатора

Капацитет кондензатора је Ц = εε / д, где је д растојање између плоча.

Формула се може потврдити експериментом. Монтира се плоснати кондензатор, плоче се пуне и спајају на волтметар. Без промене наплате, они мењају друге индикаторе, гледајући уређај у овом тренутку. Очитавања ће бити обрнуто пропорционална капацитету: У = к / Ц - 1 / Ц.

Приближавајући растојање између плоча, уочићемо повећање напона. Померањем плоча паралелно и повећањем површине добијамо смањење напона, а капацитет ће се повећати. Ако се диелектрик постави у размак између плоча, очитавање волтметра ће се смањити.

Пошто се током експеримента вредност пуњења није променила, испоставља се да је капацитивност кондензатора директно пропорционална преклапању плоча и обрнуто пропорционална д.

Паралелна и серијска кондензаторска веза

Када су уређаји повезани паралелно, капацитети уређаја и њихови напони имају исте вриједности, а трошкови су различити. Укупна наплата је једнака њиховој суми одвојено.

Уз серијску везу, прикључите волтметар са шупљом куглом. За једну плочу првог кондензатора даје се позитиван набој, затим друга плоча постаје негативна, а када се повеже са проводником другог уређаја - позитивна. Тада ће оба кондензатора добити идентичне набоје, а њихови напони ће имати различите вриједности.

Као резултат, капацитет ће бити одређен формулом: 1 / Ц = 1 / Ц1 + 1 / Ц2

Енергија равног и произвољног кондензатора

На плочу се примењује набоја, чија вредност је једнака У. Тада ће интензитет бити једнак Е = У / д, где је д растојање између објеката.

Једна од плоча је у електричном пољу другог, гдје је интензитет Е / 2. Онда гравитација на другој плочи ће бити ф = кЕ / 2. Потенцијална енергија електрично поље набоја једнако је раду овог поља када се плоче приближавају.

Замењујући низ вредности, добијамо да је енергија поља В = кУ / 2 = к² / 2Ц = ЦУ² / 2.

Ова формула је погодна за сваки кондензатор. Укупан рад на терену је А = 1 / 2кУ.

Иста ствар се дешава ако примените издужени проводник уместо кондензатора.

Експериментално одређивање енергије

Мерење енергије уређаја добијеног топлотним дејством. Метална спирала се ставља у епрувету, затвара се цевчицом са цевчицом у којој се налази кап воде. Узми термометар за гас. На спиралу је повезан кондензатор, а паралелно је спојен електрометар са шупљом шупљином.

Кондензатор је напуњен куглицама, а затим се испушта кроз спиралу. Приметићете кретање капи у цеви.

Након хлађења ваздуха и померања капи у почетни положај, напон се повећава. Пад ће помакнути неколико вриједности више. Кондензатор се два пута мења на велики капацитет. Пуњењем на почетни ниво, можете проматрати кретање удвостручено.

Густина енергије електричног поља

Они постављају енергију тако да кондензатор нема вредности, а узимају се у обзир само вредности које карактеришу поље. У овом случају мора се израчунати енергија електричног поља по јединици волумена.

Као резултат супституција добија се густина енергије: ω = В / В = εεΕ² / 2, односно пропорционална је квадрату интензитета.

Енергија или енергија интеракције пуњења у електричном пољу

Дакле, да би се напунио кондензатор, потребно је радити како би се превазишле силе електростатског привлачења између различитих набоја током њиховог раздвајања. Због тога ће постојати резерва потенцијалне енергије.

Да би се пунило било које тело, потребно је, у овом случају, да се превазиђе електростатичко одбијање између сличних набоја.

Узимајући самотни проводник, пунимо к. Потенцијал поља у бесконачности ће бити нула, а потенцијал проводника - φ (к). Да бисте пренели малу к накнаду, потребно је да радите:

=А = φ (к) .к.

Рад на пуњењу појединачног водича одређује се по формули:

А = В = 1/2 К (К) К = 1 / 2Ц (К (К)) ²

На питање гдје се енергија складишти одговор је на два начина. Према једном од њих, то је енергија интеракција наелектрисања на проводнику, а иначе, добија се енергија електричног поља, јер је распоређена у околном простору.

Који је одговор од ова два да дају предност, је лична одлука сваког ученика. Међутим, треба напоменути да у проучавању варијабилних поља само друга опција постаје могућа, гдје је енергија повезана са електричним пољем.