Электричество и электрическая железная дорога. Конспект лекций по физике, страница 10

Энергию конденсатор получает от источника в процессе зарядки. Будем производить зарядку конденсатора, забирая, например, положительные заряды на отрицательной обкладке и перенося их на положительную обкладку. Работа по переносу зарядов против сил возникающего электростатического поля идет на приращение потенциальной энергии конденсатора  . Суммируя порции энергии с учетом, что  , получим после  взятия интеграла   три формулы энергии

.                                      4.5

Определим объёмную плотность энергии. Для однородного поля плоского конденсатора разделим величину энергии на объем поля , в результате по средней из формул 4.5,   получим формулы объемной плотности энергии электрического поля

.                                  4.6

Электрическая энергия сосредоточена не на зарядах, она распределена в пространстве, где имеется электрическое поле. Но в электростатике невозможно провести эксперименты для определения источника энергии. Только рассматривая переменные поля, например,  электромагнитные волны, которые обладают энергией, но существуют без электрических зарядов, можно убедиться, что энергия распределена в поле.

6. Конденсаторы широко применяются в радиотехнике, электротехнике. На тяговых подстанциях электрической железной дороги они используются в электрических фильтрах для сглаживания пульсаций, выпрямленного блоком выпрямителей, тока. Это обусловлено тем, что для переменной составляющей тока конденсаторы представляют малое сопротивление  и замыкают переменный ток, но не пропускают постоянную составляющую тока.

Конденсаторы используются при точечной электросварке. Накопив энергию в процессе зарядки от источника тока, в момент замыкания на электроды они отдают энергию на процесс нагревания металла в месте сварки.

Конденсаторы, подключенные к катушке индуктивности, составляют цепь, называемую колебательный контур. Это важнейший элемент радиоприемников и генераторов электрических колебаний. В индукционных плавильных печах конденсаторы вместе с индуктором представляют колебательный контур. При резонансе в контуре текут токи во  много раз превышающий ток, потребляемый от питающего генератора.         

Контрольные вопросы

1. Проведем контур, пересекающий плоский конденсатор и замкнутый  снаружи. Кажется, что интеграл циркуляции напряженности равен  только внутри конденсатора. Но для электростатического поля циркуляция напряженности должна быть равной нулю. Парадокс?

2. При зарядке конденсатора источник совершает работу qU  , а энергия заряженного конденсатора в два раза меньше . Куда пропала половина работы источника тока?

3. Как изменится емкость конде6нсатора, если между его обкладками поместить металлическую пластину? Где следует расположить пластину?

4. Как изменится емкость конденсатора, если между его обкладками поместить диэлектрическую пластину?

5. Каким способом изменяют емкость плоского конденсатора переменной емкости? Если трения нет, то легко ли изменять емкость?

6. Плоский конденсатор заряжен и отключен от источника тока. Как изменится напряжение и энергия конденсатора, если пластины конденсатора развести?

7. Плоский конденсатор подключен к источнику тока. Как изменится напряжение, заряд  и энергия конденсатора, если пластины конденсатора развести? Какие превращения происходят с энергией тел системы?

8.  Заряженные одноименно капельки ртути сливаются в одну большую каплю. За  счет какой энергии происходит слияние, ведь капельки отталкиваются?

9. Когда больше выделится теплоты в соединительных проводах при соединении заряженных конденсаторов одноименными или разноименными полюсами?

10. В генераторе Маркса одинаковые конденсаторы сначала были включены параллельно и заряжены. После отключения источника тока конденсаторы соединили последовательно. Как изменится напряжение на выводах батареи и энергия батареи, емкость батареи?

11. Пластины заряженного плоского конденсатора притягиваются друг к другу. Как сделать весы из конденсатора?