Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №12

Между двумя противоположно заряженными пластинами, расположенными на определенном расстоянии, существует однородное электрическое поле. Силовые линии параллельны друг другу и перпендикулярны пластинам. Поскольку поле однородно, его напряженность везде одинакова по абсолютной величине и направлению. Потенциал увеличивается равномерно от отрицательной до положительной пластины вдоль силовой линии. Для разности потенциалов V_р между пластинами работа по переносу точечного заряда q от одной пластины к другой равна qV_r, отсюда сила F, действующая на q, равна отношению проделанной работы к расстоянию qV_p/d, где d — расстояние между пластинами. Отсюда получаем формулу для напряженности электрического поля:

Е = F

/q = V_p/d.

Точечный заряд окружает радиальное электрическое поле. Силовые линии направлены от заряда, если он положителен, и к заряду, если он отрицателен. Представим себе частицу с зарядом q, расположенную в электрическом поле, созданном частицей с гораздо большим зарядом Q. Сила взаимодействия двух зарядов согласно закону Кулона:

F = Qq/4πε₀r²,

где ε

₀ — абсолютная диэлектрическая проницаемость, r — расстояние между двумя частицами. Следовательно, напряженность электрического поля заряда Q в данной точке по отношению к заряду q:

Е = F/q = Q/4πε₀r².

Отметим, что закон Кулона является примером закона обратного квадрата, поскольку сила F

обратно пропорциональна квадрату расстояния r.

См. также статьи «Законы обратных квадратов», «Электрическое поле 2».

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ 2 — ДИЭЛЕКТРИКИ

Диэлектриком называется изолирующее вещество, которое, будучи помещенным между заряженными объектами, ослабляет силу их взаимодействия. Если между заряженными объектами поместить диэлектрик, их можно легче сблизить или удалить друг от друга. В электрическом поле молекулы диэлектрика поляризуются и образуют поле обратной поляризации, существенно ослабляющее действие внешнего поля. В конденсаторах это явление увеличивает количество заряда, способное накопиться при той же разности потенциалов; таким образом увеличивается емкость конденсаторов. Вода является эффективным диэлектриком, поэтому многие твердые вещества распадаются в ней на ионы.

Если диэлектрик поместить между двумя разноименно заряженными параллельными пластинами, подсоединенными к батарее, количество заряда, накопленного на пластинах, увеличится. Это происходит потому, что диэлектрик ослабляет электрическое поле между пластинами и батарея может передать больший заряд пластинам. Отношение количества заряда, накопленного на пластинах плоскопараллельного конденсатора при наличии диэлектрика, к количеству заряда при отсутствии диэлектрика (в вакууме) называется относительной диэлектрической проницаемостью ε вещества (среды).

Емкость пары параллельных пластин С = Q/V, где Q

— заряд, накопленный при разности потенциалов V. При той же разности потенциалов и наличии между пластинами диэлектрика заряд увеличивается за счет фактора в. Следовательно, емкость пластин повышается. На практике, в большинстве конденсаторов «пластины» представляют собой две полоски металлической фольги, разделенные диэлектриком и завернутые в трубку. Чем больше относительная диэлектрическая проницаемость вещества, тем больше емкость конденсатора. Напряжение источника, к которому подсоединяют для зарядки конденсатор с диэлектриком, не должно превышать предельно допустимого напряжения (обычно указываемого на конденсаторе), иначе возникнет пробой, т. е. диэлектрик станет пропускать ток.

См. также статьи «Электрическая емкость», «Электрическое поле 1».

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОТОКИ

Электрический ток — это поток заряда, вызванный разностью потенциалов; передача тепла при теплопроводности — это поток тепла, вызванный разностью температур, а поток жидкости или газа — их перемещение, вызванное разностью давлений. Следовательно, общей характеристикой этих потоков является наличие некоей разности, которая заставляет частицы или энергию перемещаться из одного места в другое.

Скоростью потока

Скоростью потока называется скорость течения или перемещения заряда, энергии или частиц в определенном направлении.

• В электрической цепи сила тока в проводнике зависит от разности потенциалов на его концах, а также от сопротивления самого проводника согласно уравнению: сила тока = разность потенциалов/сопротивление.

• В проводнике тепла с одинаковой площадью поперечного сечения интенсивность теплового потока зависит от разницы температур и от теплового сопротивления проводника согласно уравнению:

передача тепла в секунду = разница температур/тепловое сопротивление.