Если диэлектриком между пластинами является только воздух (ε = 1), то такой конденсатор называется воздушным и его электроёмкость:
C0 = ε0S
d. (4)
Энергия электрического поля конденсатора. Энергия однородного электрического поля между пластинами плоского заряженного конденсатора определяется нижеприведенной формулой:
Wэ = qU
2. (5)
Примечание. |
Множитель 1
2 в выражении (5) указывает на то, что при движении пластин конденсатора в отдельности каждая из них оказывается движущейся в электрическом поле, созданным зарядом другой пластины. Напряженность поля одной пластины в 2 раза меньше напряженности электрического поля между пластинами. |
Если учесть здесь выражение (2), то получаются выражения, отражающие зависимость энергии конденсатора от ёмкости и заряда конденсатора:
Wэ= CU2
2 (6)
или
Wэ= q2
2C. (7)
Если учесть выражение (3) в выражениях (6) и (7), то можно получить следующие выражения для энергии электрического поля плоского конденсатора:
Wэ= ε0εSU2
2d= q2d
2ε0εS. (8)
Распределение энергии электрического поля в пространстве выражается физической величиной, называемой плотностью энергии электрического поля:
• Плотность энергии электрического поля - физическая величина, численно равная энергии электрического поля, приходящейся на единицу объёма:
wэ= Wэ
V. (9)
Здесь wэ — плотность энергии электрического поля, единица её измерения в СИ: [wэ]
= 1
Дж
м3.
Если в последнем выражении учесть формулу (8), выражения V = Sd и U = Ed, то станет очевидным, что плотность энергии электрического поля прямо пропорциональна квадрату напряженности поля:
wэ= ε0εE2
2. (10)
Примечание. |
Конденсатор не может служить аккумулятором, длительное время сохраняющим в себе электрическую энергию (из-за утечки заряда). Однако он, в отличие от аккумулятора, способен мгновенно разряжаться в цепи с малым сопротивлением. Это свойство конденсатора широко используется на практике (например, во вспышках фотоаппаратов и лампах мобильных телефонов).
|