Ai do të jetë plotësisht i sigurt brenda kabinës metalike nëse nuk përpiqet të dalë prej saj derisa pjesa e jashtme të shkarkohet ose të hiqet nga energjia. Pasagjerët e aeroplanit janë të sigurt kur godet rrufeja, sepse ngarkimi kryhet rreth pjesës së jashtme të trupit në atmosferën e poshtme. U kryen eksperimente në të cilat një potencial prej 1 milion V u aplikua në çatinë e një makine që kalonte pranë një gjeneratori të tensionit të lartë, megjithë ngarkesën e madhe midis gjeneratorit dhe makinës, shoferi mund ta përsëriste eksperimentin pa ndonjë dëmtim për veten tuaj , dhe për makinën. Këto eksperimente tregojnë se ngarkesa ndodhet në sipërfaqen e jashtme të përcjellësit.


Shënim.

Kjo vlen në mënyrë të barabartë për përçuesit e zbrazët dhe monolit, dhe, natyrisht, për izoluesit.

Nëse një ngarkesë e caktuar negative vendoset në një sferë metalike të vendosur në një stendë izoluese, si në figurën 1, a, atëherë ngarkesat negative zmbrapsin njëra-tjetrën dhe lëvizin nëpër metal. Elektronet shpërndahen derisa çdo pikë e sferës të ngrihet në të njëjtin potencial negativ; rishpërndarja e ngarkesës më pas ndalon. Të gjitha pikat e sferës së ngarkuar duhet të kenë të njëjtin potencial, pasi nëse kjo nuk do të ndodhte, atëherë do të duhej të kishte një ndryshim potencial midis pikave të ndryshme në përcjellës. Kjo do të bënte që ngarkesat të lëviznin derisa potencialet të ishin të barabarta. Prandaj, një përcjellës i ngarkuar, pavarësisht nga forma e tij, duhet të ketë të njëjtin potencial në të gjitha pikat si në sipërfaqen e tij ashtu edhe brenda. Përçuesi cilindrik në figurën 1, b ka një potencial pozitiv konstant në të gjitha pikat në sipërfaqen e tij. Në të njëjtën mënyrë, përcjellësi i ngarkuar negativisht në formë dardhe në figurën 1b ka një potencial negativ konstant në të gjithë sipërfaqen e tij. Pra, ngarkesa shpërndahet në atë mënyrë që potenciali të jetë uniform në të gjithë përcjellësin. Mbi trupat formën e saktë, të tilla si një sferë, shpërndarja e ngarkesës do të jetë uniforme ose homogjene. Në trupat me formë të parregullt, siç janë ato të paraqitura në figurën 1, b dhe c, nuk ka shpërndarje uniforme të ngarkesës mbi sipërfaqen e tyre. Ngarkesa që grumbullohet në çdo pikë të caktuar të një sipërfaqeje varet nga lakimi i sipërfaqes në atë pikë. Sa më e madhe të jetë lakimi, d.m.th., sa më e vogël të jetë rrezja, aq më e madhe është ngarkesa. Kështu, një përqendrim i madh i ngarkesës është i pranishëm në skajin "me majë" të përcjellësit në formë dardhe në mënyrë që të ruajë të njëjtin potencial në të gjitha pikat në sipërfaqe.


Eksperimente të ngjashme mund të kryhen për të kontrolluar shpërndarjen e ngarkesës mbi sipërfaqet e përçuesve të formave të ndryshme. Ju duhet të zbuloni se sfera e ngarkuar ka një shpërndarje uniforme të ngarkesës mbi sipërfaqen e saj.

Nëse lidhni një përcjellës me majë të hollë në një transmetim të tensionit të lartë, domethënë, e futni atë në harkun e një gjeneratori Van de Graaff, do të jeni në gjendje të ndjeni "erën elektrike" duke mbajtur dorën disa centimetra nga fundi me majë i përcjellësit, si në figurën 2, a. Përqendrimi i lartë i ngarkesës pozitive në majë të përcjellësit do të tërheqë ngarkesa negative (elektrone) derisa ngarkesa të neutralizohet. Në të njëjtën kohë, jonet pozitive në ajër zmbrapsen nga ngarkesa pozitive në majë. Midis molekulave të ajrit në dhomë ka gjithmonë jone pozitive (molekula të gazit që përbëjnë ajrin që kanë humbur një ose dy elektrone) dhe një numër të caktuar jonesh negative (elektrone "të humbura"). Figura 2, b tregon lëvizjen e ngarkesës në ajër, d.m.th., jonet e ngarkuar pozitivisht të sprapsur nga një përcjellës i mprehtë i ngarkuar pozitivisht dhe jonet e ngarkuar negativisht të tërhequr nga ai. Tërheqja e ngarkesave negative (elektroneve) në një majë të ngarkuar pozitivisht neutralizon ngarkesat pozitive në majë dhe, për rrjedhojë, ul potencialin e saj pozitiv. Kështu, përcjellësi i ngarkuar shkarkohet në një mënyrë të njohur si shkarkim - rrjedha e ngarkesës nga maja. Ngarkesat pozitive që rrjedhin larg nga një përcjellës pikë janë jone pozitive (pothuajse molekula ajri), dhe kjo është ajo që krijon lëvizjen e ajrit, ose "era".

Shënim.

Ky proces është i vazhdueshëm sepse ngarkesa nga gjeneratori i shtohet vazhdimisht kupolës së gjeneratorit Van de Graaff. Ky shpjegim tregon se një përcjellës me majë është shumë i përshtatshëm për mbledhjen e ngarkesës, si dhe për të mbajtur një përqendrim të lartë të ngarkesës.

Rrufepritës

Një aplikim i rëndësishëm i kullimit të ngarkesës nga një majë është si një përçues rrufe. Lëvizja e reve në atmosferë mund të formojë një ngarkesë të madhe statike në re. Kjo rritje e ngarkesës mund të jetë aq e madhe sa diferenca potenciale midis resë dhe tokës (potenciali zero) bëhet mjaft i madh për të kapërcyer vetitë izoluese të ajrit. Kur kjo ndodh, ajri bëhet përçues dhe ngarkesa rrjedh në tokë në formën e një rrufeje, duke goditur më të afërtin ose shumicën. ndërtesa të larta ose në objektet e tanishme, pra ngarkesa zgjedh rrugën më të shkurtër për në tokë. Asnjëherë mos u strehoni nën pemë gjatë një stuhie që mund të godasë një pemë dhe t'ju lëndojë ose vrasë ndërsa ajo shkon poshtë pemës në tokë. Është mirë të gjunjëzoheni në një vend të hapur, duke ulur kokën sa më poshtë dhe duke vendosur duart mbi gjunjë, duke drejtuar gishtat drejt tokës. Nëse rrufeja ju godet, ajo duhet të godasë shpatullat tuaja, të udhëtojë poshtë krahëve dhe nga gishtat në tokë. Kështu, ky pozicion mbron kokën tuaj dhe organet vitale si zemra.

Nëse një rrufe godet një ndërtesë, mund të shkaktohen shumë dëme. Një shufër rrufeje mund ta mbrojë ndërtesën nga kjo. Një shufër rrufeje përbëhet nga një numër përçuesish me majë të montuar në një pikë të lartë të ndërtesës dhe të lidhur me një tel të trashë bakri që shkon poshtë një prej mureve dhe përfundon në një pllakë metalike të varrosur në tokë. Kur një re e ngarkuar pozitivisht kalon mbi një ndërtesë, ndodh një ndarje e ngarkesave të barabarta dhe të kundërta tel bakri me një përqendrim të lartë të ngarkesave negative në skajet e përçuesve dhe një ngarkesë pozitive që tenton të grumbullohet në pllakën metalike. Toka, megjithatë, ka një rezervë të madhe të ngarkesës negative, dhe për këtë arsye, sapo të formohet një ngarkesë pozitive në pllakë, ajo menjëherë Ajo neutralizohet gradualisht nga ngarkesat negative (elektronet) që dalin nga toka. Elektronet tërhiqen gjithashtu nga toka lart në skajet e theksuara të përcjellësit nën ndikimin e një potenciali pozitiv në re. Një ngarkesë elektrike shumë e lartë mund të përqendrohet në majë, dhe kjo ndihmon në reduktimin e potencialit pozitiv të resë, duke zvogëluar kështu aftësinë e saj për të kapërcyer vetitë izoluese të ajrit. Jonet e ngarkuara në ajër lëvizin gjithashtu në "erën elektrike"; ngarkesat negative (elektronet) zmbrapsen nga majat dhe tërhiqen cloud, duke ndihmuar gjithashtu në zvogëlimin e potencialit të tij pozitiv, pra në shkarkimin e resë. Jonet pozitive në ajër tërhiqen nga përçuesit me majë të ngarkuar pozitivisht, por rezervat e mëdha të ngarkesës negative në tokë mund të sigurojnë ngarkesë negative të pakufizuar për përcjellësit me majë. për t'i neutralizuar ato. Nëse rrufeja godet një përcjellës, atëherë ai do të dërgojë ngarkesën e tij elektrike përmes përcjellësit dhe "në mënyrë të sigurt" në tokë.

GOU VPO

DVGUPS

Departamenti i Fizikës

Puna laboratorike
Me temën: “Udhëzon në fushe elektrike”.

Khabarovsk 2016

TEMA: PËRÇUESIT NË NJË FUSHË ELEKTRIKE

Qëllimi i punës:

1. Përcaktoni kapacitetin elektrik të kondensatorëve.

2. Kontrolloni në mënyrë eksperimentale formulat për lidhjen paralele dhe serike të kondensatorëve.

3. Përcaktoni energjinë e kondensatorëve të ngarkuar.

Pajisjet dhe aksesorët: galvanometër; burimi aktual; panel me voltmetër dhe çelësa; kondensatorë.

PJESA TEORIKE

Shpërndarja e ngarkesës në një përcjellës të ngarkuar

Të gjithë trupat, në varësi të vetive të tyre elektrike, mund të ndahen në tre grupe: përçues, dielektrikë, gjysmëpërçues. Në një përcjellës metalik të pa ngarkuar, si në çdo trup neutral, ngarkesa totale elektrike është zero, d.m.th. ngarkesa e elektroneve të lira kompensohet nga ngarkesat pozitive të lidhura me nyjet e rrjetës kristalore metalike. Meqenëse ngarkesa e trupave përcaktohet nga mungesa ose tejkalimi i numrit të elektroneve në krahasim me numrin e tyre në trupat elektrikisht neutralë, ngarkimi i një përcjellësi, pra elektrifikimi i tij, zbret në një ndryshim, në një mënyrë ose në një tjetër, në numri i elektroneve të përfshira në të.

Si shpërndahet kjo ngarkesë e tepërt në përcjellës?

Ngarkesat fikse të së njëjtës shenjë nuk mund të ruhen në trashësinë e një përcjellësi të ngarkuar. Forcat e zmbrapsjes së ndërsjellë do t'i detyrojnë ata të largohen nga njëri-tjetri distancat më të mëdha, derisa të arrihet kufiri i përcjellësit me dielektrikun, d.m.th. në sipërfaqen e jashtme të përcjellësit.

Në mënyrë që shpërndarja e ngarkesës në përcjellës të jetë ekuilibër, vektori i induksionit elektrik (zhvendosja elektrike) brenda përcjellësit duhet të jetë i barabartë me zero (përndryshe ngarkesat brenda përcjellësit do të lëvizin dhe ekuilibri do të prishet):

Atëherë fluksi i vektorit të induksionit nëpër çdo sipërfaqe të mbyllur që ndodhet brenda përcjellësit është i barabartë me zero. Rrjedhimisht, shuma algjebrike e ngarkesave të mbuluara nga çdo sipërfaqe e mbyllur brenda përcjellësit është gjithashtu e barabartë me zero, d.m.th.

Kështu, brenda përcjellësit ngarkesa totale elektrike është zero. Ngarkesa që i jepet përcjellësit shpërndahet vetëm në sipërfaqen e jashtme të përcjellësit.

Karakteristikat sasiore Shpërndarja e ngarkesës mbi sipërfaqen e një përcjellësi është dendësia e ngarkesës sipërfaqësore

Ku S- sipërfaqja e një përcjellësi në të cilin shpërndahet ngarkesa q.

Një trup me formë arbitrare në pjesë të ndryshme të sipërfaqes ka densitet të ndryshëm ngarkese. Shpërndarja e densitetit të ngarkesës sipërfaqësore përcaktohet vetëm nga forma e përcjellësit dhe nuk varet nga sasia e ngarkesës. Sa më e madhe të jetë lakimi i sipërfaqes konvekse të një trupi të ngarkuar, aq më i madh është densiteti i ngarkesës sipërfaqësore.

Pranë një përcjellësi të ngarkuar, vektori i induksionit elektrik është numerikisht i barabartë me densitetin e ngarkesës sipërfaqësore, dhe voltazhi është drejtpërdrejt proporcional me densitetin e ngarkesës sipërfaqësore.

ku dhe janë përbërësit normalë të vektorit të induksionit elektrik dhe fuqisë së fushës.

Fjala "përçues" në fizikë do të thotë një trup përcjellës i çdo madhësie dhe forme që përmban ngarkesa të lira (elektrone ose jone). Për saktësi, në atë që vijon do të shqyrtojmë metalet.

Nëse një përcjellësi i jepet një ngarkesë e caktuar q, atëherë ai do të shpërndahet në mënyrë që të plotësohet kushti i ekuilibrit (pasi si ngarkesat zmbrapsen, ato ndodhen në sipërfaqen e përcjellësit).

1.
Nëse ngarkesat e një përcjellësi janë në ekuilibër, atëherë rezultanta e të gjitha forcave që veprojnë në secilën ngarkesë është e barabartë me zero:

sepse dhe E=0, atëherë

në çdo pikë brenda përcjellësit E=0.

2. Sepse

në të gjitha pikat brenda përcjellësit potenciali është konstant.

3. Sepse në ekuilibër, ngarkesat nuk lëvizin përgjatë sipërfaqes së përcjellësit, atëherë puna e bërë për t'i lëvizur ato është zero:

ato. sipërfaqja e përcjellësit është ekuipotenciale.

4. Sepse vijat vektoriale janë pingul me sipërfaqet ekuipotenciale, vijat janë pingul me sipërfaqen e përcjellësit.

5. Sipas teoremës së Gausit

Nëse Sështë sipërfaqja e një përcjellësi të ngarkuar, pastaj brenda tij E = 0,

ato. ngarkesat janë të vendosura në sipërfaqen e përcjellësit.

6. Le të zbulojmë se si lidhet dendësia e ngarkesës sipërfaqësore me lakimin e sipërfaqes.

Për një sferë të ngarkuar

Dendësia e ngarkesës përcaktohet nga lakimi i sipërfaqes së përcjellësit: rritet me rritjen e lakimit pozitiv (konveksiteti) dhe zvogëlohet me rritjen e lakimit negativ (konkaviteti). Veçanërisht i madh në majë. Në këtë rast, jonet e të dy shenjave dhe elektroneve të pranishme në ajër në sasi të vogla përshpejtohen pranë majës nga një fushë e fortë dhe, duke goditur atomet e gazit, i jonizojnë ato. Krijohet një zonë ngarkese hapësinore, nga ku jonet me të njëjtën shenjë si maja shtyhen jashtë nga fusha, duke tërhequr me vete atomet e gazit. Rrjedha e atomeve dhe e joneve të drejtuara nga maja krijon përshtypjen e një "rrjedhe ngarkesash". Në këtë rast, maja rrallohet nga jonet e shenjës së kundërt që bien mbi të. Lëvizja e prekshme e gazit që rezulton në majë quhet "erë elektrike".

Përçuesi në një fushë elektrike të jashtme:

Kur një përcjellës i pa ngarkuar futet në një fushë elektrike, elektronet e tij (ngarkesat e lira) fillojnë të lëvizin, ngarkesat e induktuara shfaqen në sipërfaqen e përcjellësit dhe fusha brenda përcjellësit është zero. Kjo përdoret për mbrojtjen elektrostatike, d.m.th. duke mbrojtur pajisjet elektrike dhe radio (dhe njerëzit) nga ndikimi i fushave elektrostatike. Pajisja është e rrethuar nga një ekran përçues (i fortë ose në formën e një rrjeti). Fusha e jashtme kompensohet brenda ekranit nga fusha e ngarkesave të induktuara që dalin në sipërfaqen e tij.

Në përçuesit, ngarkesat elektrike mund të lëvizin lirshëm nën ndikimin e një fushe. Forcat që veprojnë në elektronet e lira të një përcjellësi metalik të vendosur në një fushë elektrostatike të jashtme janë në përpjesëtim me forcën e kësaj fushe. Prandaj, nën ndikimin e një fushe të jashtme, ngarkesat në përcjellës rishpërndahen në mënyrë që forca e fushës në çdo pikë brenda përcjellësit të jetë e barabartë me zero.

Në sipërfaqen e një përcjellësi të ngarkuar, vektori i tensionit duhet të drejtohet normalisht në këtë sipërfaqe, përndryshe, nën veprimin e përbërësit vektorial tangjencial me sipërfaqen e përcjellësit, ngarkesat do të lëviznin përgjatë përcjellësit. Kjo bie ndesh me shpërndarjen e tyre statike. Kështu:

1. Në të gjitha pikat brenda përçuesit dhe në të gjitha pikat në sipërfaqen e tij, .

2. I gjithë vëllimi i një përcjellësi të vendosur në një fushë elektrostatike është ekuipotencial në çdo pikë brenda përcjellësit:

Sipërfaqja e përcjellësit është gjithashtu ekuipotenciale, pasi për çdo vijë të sipërfaqes

3. Në një përcjellës të ngarkuar ngarkesat e pakompensuara ndodhen vetëm në sipërfaqen e përcjellësit. Në të vërtetë, le të vizatojmë një sipërfaqe të mbyllur arbitrare brenda përcjellësit, duke kufizuar një vëllim të caktuar të brendshëm të përcjellësit (Fig. 1.3.1). Atëherë, sipas teoremës së Gausit, ngarkesa totale e këtij vëllimi është e barabartë me:

pasi nuk ka fushë në pikat sipërfaqësore të vendosura brenda përcjellësit.

Le të përcaktojmë forcën e fushës së një përcjellësi të ngarkuar. Për ta bërë këtë, ne zgjedhim një zonë të vogël arbitrare në sipërfaqen e saj dhe ndërtojmë një cilindër me lartësi mbi të me një gjenerator pingul me zonën, me baza dhe paralele me . Në sipërfaqen e përcjellësit dhe afër tij, vektorët dhe janë pingul me këtë sipërfaqe, dhe fluksi vektorial nëpër sipërfaqen anësore të cilindrit është zero. Rrjedha e zhvendosjes elektrike përmes është gjithashtu zero, pasi shtrihet brenda përcjellësit dhe në të gjitha pikat e tij.

Fluksi i zhvendosjes nëpër të gjithë sipërfaqen e mbyllur të cilindrit është i barabartë me fluksin përmes bazës së sipërme:

Sipas teoremës së Gausit, ky fluks është i barabartë me shumën e ngarkesave të mbuluara nga sipërfaqja:

ku është dendësia e ngarkesës sipërfaqësore në elementin e sipërfaqes së përcjellësit. Pastaj

Dhe, që nga .

Kështu, nëse një fushë elektrostatike krijohet nga një përcjellës i ngarkuar, atëherë forca e kësaj fushe në sipërfaqen e përcjellësit është drejtpërdrejt proporcionale me densitetin sipërfaqësor të ngarkesave që përmbahen në të.

Studimet e shpërndarjes së ngarkesave në përçuesit e formave të ndryshme të vendosura në një dielektrik homogjen larg trupave të tjerë kanë treguar se shpërndarja e ngarkesave në sipërfaqen e jashtme të një përcjellësi varet vetëm nga forma e tij: sa më e madhe të jetë lakimi i sipërfaqes, aq më e madhe. dendësia e ngarkesës; nuk ka ngarkesa të tepërta në sipërfaqet e brendshme të përçuesve të mbyllur zgavër dhe.

Një forcë e madhe e fushës pranë një zgjatjeje të mprehtë në një përcjellës të ngarkuar rezulton në erë elektrike. Në një fushë të fortë elektrike pranë majës, jonet pozitive të pranishme në ajër lëvizin me të shpejtësi e lartë, duke u përplasur me molekulat e ajrit dhe duke i jonizuar ato. Shfaqet një numër në rritje i joneve lëvizëse, duke formuar një erë elektrike. Për shkak të jonizimit të fortë të ajrit pranë majës, ai shpejt humbet ngarkesën e tij elektrike. Prandaj, për të ruajtur ngarkesën në përçuesit, ata përpiqen të sigurojnë që sipërfaqet e tyre të mos kenë zgjatime të mprehta.

1.3.2.Përçuesi NË NJË FUSHË ELEKTRIKE TË JASHTME

Nëse një përcjellës i pa ngarkuar futet në një fushë elektrostatike të jashtme, atëherë, nën ndikimin e forcave elektrike, elektronet e lira do të lëvizin në drejtim drejtim i kundërt forca e fushës. Si rezultat, ngarkesat e kundërta do të shfaqen në dy skajet e kundërta të përcjellësit: negative në fund ku ka elektrone shtesë dhe pozitive në fund ku nuk ka elektrone të mjaftueshme. Këto tarifa quhen të induktuara. Dukuria e elektrifikimit të një përcjellësi të pangarkuar në një fushë elektrike të jashtme duke ndarë në këtë përcjellës ngarkesat elektrike pozitive dhe negative të pranishme tashmë në të në sasi të barabarta quhet elektrifikim nëpërmjet ndikimit ose induksionit elektrostatik. Nëse përcjellësi hiqet nga fusha, ngarkesat e shkaktuara zhduken.

Ngarkesat e shkaktuara shpërndahen në sipërfaqen e jashtme të përcjellësit. Nëse ka një zgavër brenda përcjellësit, atëherë me një shpërndarje uniforme të ngarkesave të induktuara, fusha brenda tij është zero. Mbrojtja elektrostatike bazohet në këtë. Kur duan të mbrojnë (mburojnë) një pajisje nga fushat e jashtme, ajo është e rrethuar nga një ekran përçues. Fusha e jashtme kompensohet brenda ekranit nga ngarkesat e induktuara që dalin në sipërfaqen e tij.

1.3.3 KAPACITETI ELEKTRIKE I NJË PËRDHËSIT TË VETËM

Konsideroni një përcjellës të vendosur në një mjedis homogjen larg përçuesve të tjerë. Një përcjellës i tillë quhet i vetmuar. Kur ky përcjellës merr energji elektrike, ngarkesat e tij rishpërndahen. Natyra e këtij rishpërndarje varet nga forma e përcjellësit. Çdo pjesë e re e ngarkesave shpërndahet mbi sipërfaqen e përcjellësit të ngjashëm me atë të mëparshmin, kështu që, me një rritje të ngarkesës së përcjellësit me një faktor, densiteti i ngarkesës sipërfaqësore në çdo pikë të sipërfaqes së tij rritet me të njëjtën sasi. , ku është një funksion i caktuar i koordinatave të pikës së sipërfaqes në shqyrtim.

Sipërfaqen e përcjellësit e ndajmë në elemente infiniteminale, ngarkesa e secilit element të tillë është e barabartë dhe mund të konsiderohet si pikë. Potenciali i fushës së ngarkesës në një pikë të largët prej tij është i barabartë me:

Potenciali në një pikë arbitrare të fushës elektrostatike të formuar nga një sipërfaqe e mbyllur e një përcjellësi është e barabartë me integralin:

Për një pikë që shtrihet në sipërfaqen e një përcjellësi, është një funksion i koordinatave të kësaj pike dhe elementit. Në këtë rast, integrali varet vetëm nga madhësia dhe forma e sipërfaqes së përcjellësit. Në këtë rast, potenciali është i njëjtë për të gjitha pikat e përcjellësit, prandaj vlerat janë të njëjta.

Besohet se potenciali i një përcjellësi të vetëm të pa ngarkuar është zero.

Nga formula (1.3.1) është e qartë se potenciali i një përcjellësi të vetëm është drejtpërdrejt proporcional me ngarkesën e tij. Raporti quhet kapacitet elektrik

Kapaciteti elektrik i një përcjellësi të izoluar është numerikisht i barabartë me ngarkesën elektrike që duhet t'i jepet këtij përcjellësi në mënyrë që potenciali i përcjellësit të ndryshojë me një. Kapaciteti elektrik i një përcjellësi varet nga forma dhe madhësia e tij, dhe përçuesit gjeometrikisht të ngjashëm kanë kapacitete proporcionale, pasi shpërndarja e ngarkesave në to është gjithashtu e ngjashme, dhe distancat nga ngarkesat e ngjashme në pikat përkatëse të fushës janë drejtpërdrejt proporcionale me dimensionet lineare të përcjellësve.

Potenciali i fushës elektrostatike të krijuar nga çdo ngarkesë pikë është në përpjesëtim të zhdrejtë me distancën nga kjo ngarkesë. Kështu, potencialet e përcjellësve të ngarkuar dhe gjeometrikisht të ngjashëm ndryshojnë në përpjesëtim të zhdrejtë me dimensionet e tyre lineare dhe kapaciteti i këtyre përcjellësve ndryshon në përpjesëtim të drejtë.

Nga shprehja (1.3.2) është e qartë se kapaciteti është drejtpërdrejt proporcional me konstantën dielektrike të mediumit. Kapaciteti i tij nuk varet as nga materiali i përcjellësit, as nga gjendja e tij e grumbullimit, as nga forma dhe madhësia e zgavrave të mundshme brenda përcjellësit. Kjo për faktin se ngarkesat e tepërta shpërndahen vetëm në sipërfaqen e jashtme të përcjellësit. nuk varet gjithashtu nga dhe .

Njësitë e kapacitetit: - farad, derivatet e tij; .

Kapaciteti i Tokës si një top përçues () është i barabartë me .

1.3.4. KAPACITETI ELEKTRIK I NDËRMARRJES. KOPACITORËT

Konsideroni një përcjellës pranë të cilit ka përcjellës të tjerë. Ky përcjellës nuk mund të konsiderohet më i vetmuar, kapaciteti i tij do të jetë më i madh se kapaciteti i një përcjellësi të vetëm. Kjo për faktin se kur një ngarkesë i jepet një përcjellësi, përçuesit që e rrethojnë ngarkohen përmes ndikimit, dhe ata që janë më afër ngarkesës drejtuese janë ngarkesa të shenjës së kundërt. Këto ngarkesa dobësojnë disi fushën e krijuar nga ngarkesa. Kështu, ato ulin potencialin e përcjellësit dhe rrisin kapacitetin e tij elektrik (1.3.2).

Le të shqyrtojmë një sistem të përbërë nga përcjellës të ndarë ngushtë, ngarkesat e të cilëve janë numerikisht të barabarta, por në shenjë të kundërta. Le të shënojmë ndryshimin potencial midis përcjellësve, vlera absolute e ngarkesave është e barabartë me . Nëse përçuesit janë të vendosur larg trupave të tjerë të ngarkuar, atëherë

ku është kapaciteti elektrik i ndërsjellë i dy përcjellësve:

- numerikisht është e barabartë me ngarkesën që duhet të bartet nga një përcjellës në tjetrin për të ndryshuar diferencën potenciale ndërmjet tyre me një.

Kapaciteti elektrik i ndërsjellë i dy përcjellësve varet nga forma, madhësia dhe pozicioni relativ i tyre, si dhe nga konstanta dielektrike e mediumit. Për një mjedis homogjen.

Nëse hiqet njëri prej përcjellësve, atëherë diferenca potenciale rritet dhe kapaciteti i ndërsjellë zvogëlohet, duke u prirur në vlerën e kapacitetit të përcjellësit të izoluar.

Le të shqyrtojmë dy përcjellës me ngarkesë të kundërt, forma dhe pozicioni relativ i të cilëve janë të tillë që fusha që ata krijojnë të përqendrohet në një zonë të kufizuar hapësire. Një sistem i tillë quhet kondensator.

1. Një kondensator i sheshtë ka dy pllaka metalike paralele me sipërfaqe , të vendosura në një distancë nga njëra-tjetra (1.3.3). Ngarkesat e pllakave dhe . Nëse dimensionet lineare të pllakave janë të mëdha në krahasim me distancën, atëherë fusha elektrostatike midis pllakave mund të konsiderohet ekuivalente me fushën midis dy rrafsheve të pafundme të ngarkuara në mënyrë të kundërt me densitetin e ngarkesës sipërfaqësore dhe, forca e fushës, ndryshimi potencial midis pllakave, atëherë , ku është konstanta dielektrike e mediumit që mbush kondensatorin .

2. Një kondensator sferik përbëhet nga një top metalik me rreze , i rrethuar nga një top metalik i zbrazët koncentrik me rreze , (Fig. 1.3.4). Jashtë kondensatorit, fushat e krijuara nga pllakat e brendshme dhe të jashtme anulojnë njëra-tjetrën. Fusha midis pllakave krijohet vetëm nga ngarkesa e topit, pasi ngarkesa e topit nuk krijohet brenda këtij topi. fushe elektrike. Prandaj, ndryshimi i mundshëm midis pllakave: , atëherë

Një shembull i një kondensatori cilindrik është një kavanoz Leyden. Nëse hendeku midis pllakave të kondensatorit është i vogël, atëherë dhe ku është zona anësore e pllakës.

Kështu, kapaciteti elektrik i çdo kondensatori është proporcional me konstantën dielektrike të substancës që mbush boshllëkun midis pllakave.

Përveç kapacitetit elektrik, një kondensator karakterizohet nga tensioni i prishjes. Ky është ndryshimi i mundshëm midis pllakave në të cilat mund të ndodhë prishja.

1.3.5. LIDHJET E KOPACITORIT

1. Lidhja paralele. Le të shqyrtojmë një bateri kondensatorësh të lidhur me pllaka me të njëjtin emër (Fig. 1.3.6). Kapacitetet e kondensatorëve janë përkatësisht të barabarta. Dallimet potenciale për të gjithë kondensatorët janë të njëjta, kështu që ngarkesat në pllaka janë gjithmonë më pak se kapaciteti minimal elektrik i përfshirë në bateri.

Përçuesit metalikë janë përgjithësisht neutralë: ato përmbajnë sasi të barabarta ngarkesash negative dhe pozitive. Të ngarkuar pozitivisht janë jonet në nyjet e rrjetës kristalore, negative janë elektronet që lëvizin lirshëm përgjatë përcjellësit. Kur një përcjellësi i jepet një sasi e tepërt elektronesh, ai ngarkohet negativisht, por nëse një numër i caktuar elektronesh "merren" nga përcjellësi, ai ngarkohet pozitivisht.

Ngarkesa e tepërt shpërndahet vetëm në sipërfaqen e jashtme të përcjellësit. Nëse përcjellësi është i zbrazët, atëherë nuk ka ngarkesa në sipërfaqet e tij të brendshme. Kjo përdoret për të transferuar plotësisht ngarkesën nga një përcjellës në tjetrin (shih Fig. 8).

Mungesa e një fushe brenda zgavrës në përcjellës lejon mbrojtjen elektrostatike. Një përcjellës ose një rrjetë metalike mjaft e dendur që rrethon një zonë të caktuar nga të gjitha anët e mbron atë nga fushat elektrike të krijuara nga ngarkesat e jashtme.

Në elektrostatikë, merret parasysh një shpërndarje e palëvizshme, e pandryshueshme e ngarkesave. Kushti për stacionaritet është barazia e forcës së fushës brenda përcjellësit në zero: E = 0. Nëse intensiteti nuk do të ishte i barabartë me zero, kjo do të krijonte forca elektrike duke shkaktuar lëvizjen e drejtuar të elektroneve, d.m.th. elektricitet.

Ngarkesat e tepërta që i jepen përcjellësit shpërndahen në mënyrë të barabartë vetëm mbi sipërfaqen e sferës metalike ose topit. Në të gjitha rastet e tjera, ngarkesat shpërndahen në mënyrë të pabarabartë: sa më e madhe të jetë lakimi i sipërfaqes, aq më i madh është densiteti i ngarkesës sipërfaqësore në sipërfaqen e përcjellësit. Le ta vërtetojmë. Le të marrim dy topa me rreze R 1 dhe R 2, të ngarkuar me ngarkesa q 1 dhe q 2, përkatësisht. Le t'i lidhim ato me tel. Ngarkesat do të lëvizin nga një top në tjetrin derisa potenciali i të gjithë sistemit të bëhet i njëjtë. Ne do të neglizhojmë ndikimin e telit.

Tabela 14

Le të gjejmë forcën e fushës së një përcjellësi të ngarkuar pranë sipërfaqes së tij duke përdorur teoremën e Gausit. I gjithë përcjellësi përfaqëson një sipërfaqe ekuipotenciale. Vijat e fushës janë pingul me sipërfaqet ekuipotenciale. Le të zgjedhim një cilindër shumë të vogël si sipërfaqen S Gaussian, gjeneratat e të cilit janë pingul me sipërfaqen e përcjellësit (shih Fig. 9). Brenda cilindrit dendësia e sipërfaqes Do të supozojmë se ngarkesa është konstante.

Tabela 15

Kështu, sa më e lakuar të jetë sipërfaqja e një përcjellësi të ngarkuar, aq më shumë ngarkesa grumbullohen në të dhe aq më e madhe është forca e fushës në këtë vend. Figura tregon linjat e fushës dhe sipërfaqet ekuipotenciale të fushës së një trupi të ngarkuar. Tensioni më i madh arrihet në zgjatjet e mprehta të sipërfaqes. Kjo çon në të ashtuquajturën "shkarkim të tarifave". Në fakt, për shkak të tensionit të lartë pranë majës, lindin fenomene komplekse: molekulat e ajrit mund të jonizohen, molekulat dipole tërhiqen në rajonin e një fushe më të fortë, si rezultat, shpejtësia e rrjedhjes së grimcave nga maja është më e madhe dhe formohet një "erë elektrike". Kjo erë mund të bëjë që një rrotë e lehtë e vendosur afër majës të rrotullohet. Ajri bëhet një medium përçues, ndodh një shkarkim dhe shpesh vërehet një shkëlqim pranë skajeve të mprehta. Prandaj, të gjitha pjesët në instalimet elektrike që janë nën tension të lartë, japin një formë të rrumbullakosur dhe i bëjnë sipërfaqet e tyre të lëmuara.