Теория:
Электрическое поле плоского конденсатора
Плоский конденсатор — устройство, состоящее из двух одинаковых плоских проводников, называемых обкладками, расстояние между которыми (\(d\)) мало по сравнению с размерами проводников.
Электрическое поле в плоском конденсаторе является суперпозицией полей:
\(\vec{E}=\vec{E}_{+}+\vec{E}_{-}\), (\(1\))
созданных положительно и отрицательно заряженными плоскостями (рис. \(1\)), которые имеют равный по модулю заряд.
Рис. \(1\). Электрические поля обкладок
Внутри конденсатора векторы напряжённости сонаправлены, поэтому:
\(E=E_{+}+ E_{-}=\frac{\sigma}{\varepsilon_{0} \varepsilon}\), (\(2\))
где \(\varepsilon\) — диэлектрическая проницаемость среды между обкладками,
\(\sigma\) — поверхностная плотность зарядов обкладок.
За пределами конденсатора векторы напряжённости противонаправлены:
\(E=E_{+}- E_{-}=0\). (\(3\))
Обрати внимание!
Электрическое поле плоского конденсатора является однородным (рис. \(2\)).
Рис. \(2\). Электрическое поле плоского конденсатора
Обозначение конденсатора в электрической цепи представлено на рис. \(3\).
Рис. \(3\). Условное обозначение конденсатора
Электрическая ёмкость плоского конденсатора
Электрическая ёмкость плоского конденсатора:
\(\boxed{C=\frac{\varepsilon \varepsilon_0 S}{d}}\), (\(4\))
где \(S\) — площадь одной из обкладок.
Связь между напряжённостью электрического поля плоского конденсатора и разностью потенциалов (рис. \(2\)):
\(\boxed{E=\frac{U}{d}}\), (\(5\))
где напряжение на конденсаторе \(U\) определяется по формуле (\(6\)):
\(\boxed{U=\varphi_1-\varphi_2=\varphi_{+}-\varphi_{-}}\). (\(6\))
Обрати внимание!
- При постоянном подключении конденсатора к источнику тока напряжение на нём остается постоянным, а заряд изменяется.
- Если конденсатор предварительно заряжен и отключён от источника тока, то по закону сохранения заряда заряд на нём остается постоянным, а напряжение изменяется.
Энергия электрического поля конденсатора
\(\boxed{W_{э}=\frac{CU^2}{2}=\frac{Q^2}{2C}=\frac{QU}{2}}\), (\(7\))
где \(U\) — напряжение на конденсаторе, \(Q\) — заряд конденсатора, \(C\) — ёмкость конденсатора.
Энергия электрического поля конденсатора считается равномерно распределённой по пространству между обкладками и выражается через напряжённость \(E\):
\(w=\frac{\varepsilon \varepsilon_{0} E^2}{2}\), (\(8\))
где \(w\) — энергия единицы объёма.
Источники:
Рис. 1. Электрические поля обкладок. © ЯКласс.
Рис. 2. Электрическое поле плоского конденсатора. © ЯКласс.
Рис. 3. Условное обозначение конденсатора. © ЯКласс.