Что гласит закон Кулона?
Электростатикой называется учение о наэлектризованных телах и силах взаимодействия между ними при условии, что тела и заряды остаются неподвижными друг относительно друга. Совокупность электрических сил, созданных неподвижными зарядами, называется электростатическим полем.
Электростатическое поле может существовать только в диэлектриках, так как создание поля в проводнике вызовет перемещение зарядов (электрический ток), т. е. нарушит электростатическое состояние.
Закон Кулона: два заряда, находящиеся в однородной среде и отстоящие друг от друга на некотором расстоянии, действуют друг на друга с силой, пропорциональной произведению этих зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними:
F = K(Q1 x Q2) : R2
где F — сила взаимодействия (Н),
К = 1 : 4?є (здесь є = є0є ‘ — диэлектрическая проницаемость среды, ф/м),
Q1 и Q2— заряды(Кл),
R – расстояние между зарядами (m),
Взаимодействие одноименных зарядов выражается в их взаимном отталкивании с силой F, а разноименных — в притяжении с той же силой. При заряде, равном 1 Кл и действующем на равный ему заряд, находящийся на расстоянии 1 м, имеет место взаимодействие с силой 1 Н. Заряд в 1 Кл равен заряду 6.28 x 1018 электронов. Величина заряда в 1 Кл является единицей количества электричества в системе единиц МКСА.
Напряженность поля характеризует электрическое поле, под которым понимается некоторая область пространства, где действуют силы, созданные неподвижными зарядами. Электрическое поле может существовать только в диэлектриках, так как создание поля в проводнике приводит к перемещению зарядов, т. е. вызывает электрический ток. Численно величина напряженности поля определяется отношением силы, действующей в данной точке поля на заряд, к величине заряда:
E = (F : Q) = Q : 4?єR2(в/м),
где Е — напряженность поля (В/м),
Q – заряд, создающий поле (Кл),
R — расстояние (м),
Предельное значение напряженности поля, при котором наступает пробой диэлектрика, называется электрической прочностью.
Электрическая прочность обычно выражается в киловольтах на миллиметр (кВ/мм) и является весьма важной характеристикой изоляционных материалов. Значения электрической прочности для ряда материалов, применяемых в электротехнике, приводятся на рис. 1. Конденсатор представляет собой систему, состоящую из металлических проводящих пластин (электродов) и изолирующего материала (диэлектрика) между ними.
Конденсатор является прибором для накопления электричества. Если подключить конденсатор к источнику постоянного тока, то он зарядится и на его электродах будут сосредоточиваться равные и противоположные по знаку заряды. После отключения конденсатора от источника тока он сохраняет запас электрической энергии, которую можно получить от конденсатора как от источника тока.
Емкость конденсатора определяется величиной, измеряемой отношением заряда на одном из его электродов к напряжению между электродами:
С = Q : U,
где С – емкость конденсатора (ф или к/в),
Q – заряд на одном из электродов (Кл),
U — напряжение между электродами (В),
Емкость конденсатора зависит от трех факторов: площади электродов, расстояния между электродами и свойств диэлектрика, находящегося между ними. Отметим, что при емкости конденсатора 1 ф заряд в 1 Кл создает на его электродах напряжение 1 В.
Запасенная энергия электрического поля конденсатора определяется следующим соотношением:
W = (Q2 : 2C) = (CU2 : 2)
где W — энергия поля конденсатора (Вт*сек).
В зависимости от формы электродов, различают конденсаторы плоские, цилиндрические и сферические; по материалу диэлектрика — слюдяные, масляные, бумажные, электролитические, воздушные и т. д. По конструктивному выполнению конденсаторы могут быть постоянной и переменной емкости.
Емкость плоского конденсатора определяется по следующей формуле:
C = (є xS) : d
где С – электрическая емкость (см),
є – диэлектрическая постоянная изолятора,
S — поверхность каждого электрода (см2);
d — расстояние между электродами, т. е. толщина изолятора (см).