Conductori in camp electrostatic. Condensatori. Capacitate electrica

Conductori in camp electrostatic. Condensatori. Capacitate electrica

Comportarea electrica a corpurilor la nivel microscopic depinde de mobilitatea sarcinilor sale electrice. Conductivitatea electrica, care este proprietatea care diferentiaza net izolatorii electrici de conductorii electrici, depinde de mobilitatea purtatorilor de sarcina la nivel atomic, respectiv a electronilor si a ionilor. Conductivitatea conductorilor obisnuiti, care sunt metalele, poate fi de 10²⁰ ori mai mare decat a izolatorilor obisnuiti, cum sunt sticla sau masele plastice.

In prezenta unui camp electric comportarea unui corp a carui sarcina electrica totala este nula este complet diferita dupa cum acesta este izolator, respectiv conductor. Intr-un izolator sarcinile electrice fiind practic imobile nu apare nici o modificare a starii locale de incarcare electrica atunci cand se aplica un camp electric. In schimb in cazul unui bun conductor electric, Fig. 1.14, fortele Coulomb deplaseaza toate sarcinile electrice pozitive si negative spre suprafata corpului.    Ca rezultat al acestei actiuni campul electric in interiorul corpurilor conductoare este nul, suprafata acestora este o suprafata echipotentiala, respectiv liniile campului electric sunt perpendiculare pe suprafata conductoarelor

Toate aceste trei proprietati raman valabile si in cazul unui ansamblu de corpuri conductoare caracterizate fiecare in parte de o valoare nenula a sarcinii electrice totale. Astfel, in exemplul din figura 1.15 avem trei corpuri metalice cu sarcinile q₁, q₂ si q₃ aflate la potentialele electrice V₁, V₂ si V₃.

Absenta campului electric in spatiul din interiorul unui conductor prezinta un interes practic deosebit pentru ceea ce se numeste ecranare electrostatica Astfel, indiferent de configuratia surselor, respectiv a campului electric in exterior, campul electric constant in timp din interiorul unei incinte conductoare inchise este de asemenea egal cu zero.    Se afirma astfel ca incinta ecraneaza electric spatiul din interior.

Condensator electric.    Capacitate electrica Un condensator electric este un ansamblu de doi conductori apropiati aflati la potentiale diferite si avand sarcini electrice de semne contrare (+Q, - Q ). Raportul dintre sarcina Q si diferenta de potential atunci cand cele doua corpuri metalice sunt in vid depinde doar de dimensiunile si dispunerea geometrica ale celor doua corpuri si reprezinta capacitatea condensatorului:

C = (1.24)

Fie un condensator plan, Fig.1.16, avand armaturile de arie A situate una fata de alta la distanta d. Sarcinile + Q si - Q incarca cele doua armaturi ale condensatorului, ale caror potentiale sunt V₁ si V₂.

Densitatea superficiala a sarcinii este

Pe baza rationamentului de mai sus referitor la campul electric al unei suprafete plane incarcate electric uniform, rezulta ca intensitatea campului electric este nula in spatiul din afara armaturilor, iar in interior are expresia:

E =

Campul electric fiind uniform in spatiul dintre armaturi, relatia (1.21) aplicata acestei structuri arata ca

V₁ - V₂ = (1.26)

Prin urmare, expresia capacitatii condensatorului plan este:

C = (1.27)

Unitatea SI de masura a capacitatii unui condensator este faradul [F]. Cum un condensator cu capacitatea de un farad are dimensiuni gigantice (pentru C = 1F si d = 1 mm, rezulta    A = 100 km² ), se folosesc in tehnica microfaradul 1 mF = 10^-6 F, nanofaradul 1 nF = 10^-9 F si picofaradul 1 pF = 10^-12 F.

Energia inmagazinata intr-un condensator plan are expresia:

W (1.28)

Inlocuind Q = Ae E se obtine:

W = (1.29)

de unde rezulta ca densitatea de volum a energiei electrostatice are expresia:

w₀ =     (1.30)