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capacité potentielle du champ électrique
La séquence logique de la loi de Coulomb - champ électrique - énergie potentielle électrique - potentiel électrique - capacité est organisée dans une carte mentale. J'espère qu'elle vous sera utile !
Bearbeitet um 2022-06-11 22:37:54
capacité potentielle du champ électrique
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- Gliederung
Champ électrique, potentiel et capacité
Interactions de base entre charges stationnaires
La loi de coulomb
Loi_de Coulom l'ampleur de la force électrostatique d'attraction ou de répulsion entre deux charges ponctuelles est directement proportionnelle au produit des ampleurs des charges et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare, la force s'étend le long de la ligne droite joignant les deux charges. Si les charges ont le même signe, la force électrostatique entre elles est répulsive ; si elles ont des signes différents, la force entre elles est attractive. L'amplitude de l'attraction ou de la répulsion électrostatique entre deux charges ponctuelles dans le vide est directement proportionnelle au produit des amplitudes des charges et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. La force se situe le long de la ligne reliant les deux charges. Si les charges ont le même signe, la force électrostatique entre elles est répulsive ; si elles ont des signes différents, la force entre elles est attractive ; Publiée pour la première fois par le physicien français Charles-Augustin de Coulomb en 1785, il s'agit d'une loi naturelle/naturelle !
Le remplacement de la charge négative par une charge ou une quantité différente |q| est appelé « charge de test », et l'autre charge constante Q est appelée « charge source de champ » ou « charge source ». Quelle que soit la manière dont la charge négative est remplacée, la position r de la charge positive a une composante inchangée, que nous appelons le « champ électrique ».
champ électrique
Lorsque la charge source Q/la distance r de Q ne change pas, l'intérieur de la boîte est la partie inchangée : ke est appelée constante de Coulomb (nous l'appelons aussi constante de force électrostatique) Cette partie à l'intérieur de la boîte est appelée le « champ électrique ».
Le champ électrique est la force coulombienne/force électrostatique/force de champ électrique exercée par une charge unitaire (d'essai).
Le champ électrique est la force exercée par une charge unitaire
Le champ de gravité est g Le champ gravitationnel est la force exercée par un objet par unité de masse. g est également appelé accélération. Quelles sont les propriétés du champ électrique E ?
Champ électrique et intensité du champ électrique sont synonymes. La taille du champ électrique est l’intensité du champ électrique, et le champ électrique doit être le champ dominant. Il n'existe pas de mot en anglais comme intensité de champ électrique.
Les règles de disposition du champ électrique
Le champ électrique d'une charge ponctuelle n'est pas égal partout. Selon la loi de Coulomb, la formule de conversion est celle indiquée à gauche. Remarque : Quelle est la racine ? Quelle est la définition ?
lié à la vitesse de la lumière
lignes de champ électrique virtuel Marquées par des points représentant des charges, des « lignes de champ électrique » sont rayonnées. Il est important de noter que les lignes de champ sont des illustrations graphiques de l’intensité et de la direction du champ et ne représentent pas une signification physique réelle. Mais dans les conditions réelles, le nombre de ces lignes de champ électrique virtuel est effectivement proportionnel à la quantité de charge. Supposons que le nombre de lignes de champ électrique soit le nombre de charges ! Les lignes de champ électrique ne se croisent jamais ! Se termine à une charge négative ou à l'infini. Quelle est la relation entre l’intensité du champ électrique E et les lignes de champ électrique ?
Les lignes de champ électrique sont une divergence tridimensionnelle et uniforme des charges de la source, tout comme l'éclairage lumineux. La surface de la balle à une distance r est 4πr^2,
Combien y a-t-il de lignes de champ électrique dans 1 unité de surface A ? r est une variable, il n'est pas nécessaire d'étudier les lignes de champ électrique en 2r et 3r Loi du carré inverse, c'est-à-dire : dilution géométrique du rayonnement d'une source ponctuelle dans un espace tridimensionnel
Le champ électrique E est 1/ε fois la densité des lignes de champ électrique (charge) --- c'est la source !
1. Lorsque la distance de la charge source est égale, l’amplitude du champ électrique est la même ; 2. Plus les lignes de champ électrique sont denses, plus le champ électrique est grand ; plus les lignes de champ électrique sont rares, plus le champ électrique est petit ; La densité des lignes de champ électrique est l’intensité du champ électrique.
Plusieurs champs électriques en un certain point peuvent être synthétisés vectoriellement/chacun calcule son propre rayon sphérique Les lignes courbes du champ électrique sont la somme de tous les champs électriques.
Blindage statique
1. Balance électrostatique des conducteurs 2. Cage de Faraday. La charge induite crée un champ électrique opposé qui annule le champ électrique à l’extérieur de la cage.
Conditions de validité de la loi de Coulomb
1. La charge est distribuée de manière sphérique symétrique (par exemple : charge ponctuelle ou boule métallique chargée), car la constante de Coulomb k est liée à la forme sphérique. Dans l'image de droite, il y a des conducteurs autour de la charge, ce qui affecte la répartition uniforme de l'intensité du champ électrique. La force de Coulomb en un certain point ne convient pas à la loi de Coulomb ; Cependant, connaissant l’intensité du champ électrique en un certain point, peut-on calculer la force coulombienne ? bien sûr.
2. Les charges doivent être stationnaires les unes par rapport aux autres.
Résumé logique du champ électrique
Interaction de base entre charges stationnaires → force
Le champ électrique est la force exercée par une charge unitaire
La densité des lignes de champ électrique peut représenter la densité de charge
La densité des lignes de champ électrique représente l'intensité du champ électrique.
potentiel
énergie potentielle électrique
logique de base
Le champ électrique est la force exercée par une charge unitaire, et toute charge dans le champ électrique Q sera affectée par la force. L'énergie et la force sont directement liées. Si une force est appliquée, l'énergie doit y exister.
Énergie potentielle électrique du champ électrique de charge ponctuelle
Énergie potentielle électrique du champ électrique à charge positive
1. Travail effectué par la force coulombienne
Travail effectué par la force de Coulomb Testez la charge q sous l'action de la force coulombienne Du point B au point A, la force coulombienne fait un travail positif. Selon la loi de conservation de l’énergie, le travail positif effectué est l’énergie potentielle électrique réduite. Le signe négatif fait référence à l’énergie potentielle électrique réduite, qui est la même que le travail effectué. L'énergie n'a qu'une ampleur et aucune direction.
L'énergie potentielle électrique au point B est supérieure à l'énergie potentielle électrique au point A
La quantité de travail effectué par la force coulombienne est la différence d'énergie potentielle électrique. Le niveau d'énergie potentielle électrique peut être jugé par le travail effectué.
2. La force coulombienne est une force variable et la quantité de travail effectuée par la force variable
La force coulombienne est une force variable Testez la charge ponctuelle q, et la force coulombienne fonctionne du point B au point A. La force coulombienne est une force variable liée à la position. Si le déplacement change un peu, la force changera.
Graphique mathématique (intégral) du travail effectué par la force coulombienne en tant que force variable, il est recommandé de retenir la conclusion
3. La force coulombienne passe de A→∞
Lorsque la force coulombienne passe de A → ∞, F → 0 Testez la charge q sous l'action de la force coulombienne, du point A à l'infini, la force coulombienne fait un travail positif, la formule de la loi de conservation de l'énergie : Le signe négatif signifie qu’une réduction du travail correspond à une augmentation de l’énergie potentielle électrique et vice versa. L'énergie n'a qu'une ampleur et aucune direction.
Le travail total effectué par la force coulombienne est l’énergie potentielle électrique en ce point
1. Le point zéro de l’énergie potentielle électrique est à l’infini et la force coulombienne est nulle à l’infini. La quantité de travail effectué du point A à zéro est l’énergie potentielle électrique à ce point ; 2. L'ampleur de l'énergie potentielle électrique entourant une charge est directement proportionnelle à la quantité de charge d'essai et inversement proportionnelle à la distance de la charge source.
Énergie potentielle électrique du champ électrique de charge négative
Le travail effectué par la force coulombienne est la différence d'énergie potentielle électrique entre deux points.
La charge d'essai q est sous l'action de la force coulombienne. Du point A au point B, la force coulombienne effectue un travail positif. Selon la loi de conservation de l'énergie, l'énergie potentielle électrique réduite est le travail effectué par la force coulombienne.
L'énergie potentielle électrique au point A est supérieure à l'énergie potentielle électrique au point B
La quantité de travail effectué entre deux points
Testez la charge ponctuelle q et la quantité de travail effectué par la force du champ électrique du point A au point B :
À partir de ce point, tout le travail effectué par la force externe pour vaincre la force coulombienne (vitesse uniforme et vitesse extrêmement lente) est l’énergie potentielle électrique à ce point.
L'augmentation de l'énergie potentielle électrique est le travail effectué pour vaincre la force coulombienne.
L'énergie potentielle électrique autour des charges négatives est négative et l'énergie potentielle électrique à l'infini est 0 ; Plus la charge est proche de la charge négative, plus la valeur absolue de l'énergie potentielle électrique est élevée.
Changement d'énergie potentiel de charge ponctuelle
Force de champ électrique et travail ----- Force de champ électrique et énergie potentielle électrique ------ Différence de travail et d'énergie potentielle
Les règles changeantes de l’énergie potentielle électrique de charge ponctuelle
1. La force est le gradient de travail et le gradient d'énergie potentielle (valeur négative) ; se référer au diagramme d'énergie potentielle des charges uniques, positives et négatives ; 2. La position où |l'énergie potentielle électrique| est plus grande, plus la force est grande ; 3. Là où la force est plus grande, le champ électrique est plus grand.
Énergie potentielle électrique d'un champ électrique uniforme
champ électrique uniforme
La boîte violette peut être vue comme un champ électrique uniforme
Testez la charge q sous l'action de la force coulombienne, et la force coulombienne effectue un travail positif du point A au point B. Selon la loi de conservation de l’énergie, le travail effectué est la réduction de l’énergie potentielle électrique, et le signe négatif représente la réduction de l’énergie potentielle électrique.
L'énergie potentielle électrique au point A est supérieure à l'énergie potentielle électrique au point B
La force coulombienne est une force constante, le travail effectué de A → B
L'énergie potentielle électrique maximale d'un champ électrique uniforme, d : espacement des plaques Où est le point zéro de l’énergie potentielle électrique ?
Changement d'énergie potentielle de champ électrique uniforme
Force uniforme : la taille du champ électrique est la même partout, et la force du champ électrique est la même partout ; faites attention au point zéro de l'énergie potentielle électrique ;
Quelle est l’énergie potentielle électrique au point M ?
Pourquoi la distance dans la formule de l'énergie potentielle électrique d'un champ électrique uniforme est-elle opposée à la distance dans la formule de l'énergie potentielle de charge ponctuelle ?
Parce que E change pour une charge ponctuelle, l'énergie potentielle est inversement proportionnelle à la distance de la charge source.
Le champ électrique uniforme E est déterminé par
Cela n'a aucun sens de comparer les énergies potentielles électriques dans différents systèmes.
Sous-produits utiles de la loi de Coulomb
L'intensité du champ électrique est 1/ε de la densité de charge ---Cette formule ne se limite pas au champ électrique de charge ponctuelle → 1/ε de la quantité de charge par unité de surface correspond à l'intensité du champ électrique
Intensité du champ électrique composé de conducteurs à plaques parallèles 2Q : nombre total de charges positives et négatives sur la plaque, superposition de l'intensité du champ S : zone du plateau ε : constante diélectrique, constante diélectrique sous vide ε0
unité d'énergie potentielle électrique
L'énergie potentielle électrique est définie en fonction du travail effectué par la force du champ électrique, donc l'unité d'énergie potentielle électrique est la même que l'unité de travail, Joule, symbole J.
Résumé logique de l’énergie potentielle électrique
Si un objet subit l’action d’une force, de l’énergie doit y être présente. La force est un gradient d'énergie.
Le champ électrique est un champ de force Le travail positif effectué par la force du champ électrique est l’énergie potentielle électrique réduite.
Déterminez la position où il n'y a pas de force de champ électrique (ou la force est équilibrée) comme point de référence 0 La force nette est nulle, le champ électrique est nul et l'énergie potentielle électrique est nulle.
Tout travail positif effectué par la force du champ électrique à partir d’un certain point représente l’énergie potentielle électrique à ce point.
Définition du potentiel électrique
La recherche de lois unifiées est le moteur du développement de la physique. Les lois unifiées nécessitent d'éliminer autant que possible les variables ! Le potentiel électrique est l'énergie potentielle électrique sans l'influence de la charge d'essai. Le potentiel électrique est l'énergie potentielle électrique possédée par la charge unitaire dans le champ électrique. Unité SI Volt (Volt), symbole V ou J/C
Une charge avec une quantité de charge de 1 C à ce stade L'énergie potentielle électrique est de 1 J, alors le potentiel électrique en ce point est de 1 V.
potentiel électrique du champ électrique de charge ponctuelle
r : distance de la source de charge
Le jaune est 0 V. Plus la couleur est foncée (→ violet ou → bleu), plus la valeur absolue du potentiel est élevée. 1. Le potentiel électrique diminue progressivement dans la direction de la ligne de champ électrique jusqu’au point zéro de l’énergie potentielle électrique. 2. Après avoir dépassé le point zéro de l'énergie potentielle électrique, le potentiel électrique calculé comme une valeur négative diminue également progressivement (en valeur absolue, il augmente) 3. Le potentiel électrique correspond complètement à la position du point zéro de l’énergie potentielle électrique. Il n’a qu’une ampleur mais aucune direction. C’est une quantité scalaire. 4. Les lignes fines et les cercles représentent des potentiels électriques égaux et représentent également une énergie potentielle électrique égale (/C)
Potentiel électrique d'un champ électrique uniforme
l : distance de la plaque chargée négativement
Différence potentielle
différence de potentiel de charge ponctuelle
Bleu : différence de potentiel
différence de potentiel d'un champ électrique uniforme
La différence de potentiel entre deux points AB, également appelée tension, est le travail effectué par la charge unitaire et la différence d'énergie potentielle électrique de la charge unitaire. est le travail effectué par unité de charge Ed, d : la distance entre les points AB Le champ électrique entre AB est égal/la densité linéaire est égale
Espacement des planches
Toute l'énergie potentielle de la charge q est convertie en énergie cinétique
Résumé logique du potentiel électrique
Le potentiel électrique est l'énergie potentielle électrique que possède une charge unitaire dans un champ électrique.
On précise généralement que l’énergie potentielle électrique à une distance infinie est égale à 0, ou que l’énergie potentielle électrique à la surface de la terre est égale à 0. Le point zéro du potentiel électrique est le même que le point zéro de l'énergie potentielle électrique
La différence de potentiel entre deux points quelconques est le travail effectué par une charge unitaire se déplaçant entre les deux points.
Champ électrique-énergie potentielle électrique-résumé du potentiel électrique
frais ponctuels
1. Lignes noires épaisses avec des flèches : lignes de champ électrique - lignes de force de champ électrique ; la densité de la ligne en un certain point est la taille du champ électrique, la taille de la force du champ électrique et la densité de la charge ; Les lignes de champ ne se croisent pas. Dans la direction des lignes de champ électrique, plus la densité des lignes est faible, plus le champ électrique et la force du champ électrique sont faibles ; 2. La couleur et la profondeur représentent l'énergie potentielle électrique : le jaune représente une énergie potentielle électrique nulle. Plus la couleur est foncée, plus l'énergie potentielle électrique est grande à 0 ; 3. La fine bobine représente la surface équipotentielle ; c’est aussi la surface avec une énergie potentielle électrique égale. 4. Plus les lignes de champ électrique sont denses, plus la force du champ électrique est grande, plus le travail effectué à la même distance est important, plus l'énergie potentielle électrique est grande et plus les lignes équipotentielles sont denses. 5. Les lignes de champ électrique sont perpendiculaires à la surface équipotentielle et le potentiel électrique diminue progressivement dans la direction des lignes de champ électrique ;
champ électrique uniforme
Un champ électrique stable et uniforme peut être construit grâce à la quantité de charge
capacitance
Il existe une interaction entre les charges stationnaires
force du champ électrique
champ électrique
énergie potentielle électrique
Potentiel électrique et différence de potentiel
Connectez deux plaques conductrices à l'alimentation. Une fois que les charges positives et négatives sur les plaques sont équilibrées, coupez l'alimentation. Les deux plaques stockeront de l'énergie.
Qu'est-ce qu'un condensateur ?
Le champ électrique de deux plaques parallèles, les charges positives/négatives sont équilibrées et le composant qui peut stocker les charges est appelé condensateur. Se compose généralement de deux plaques de surface conductrices séparées par une couche isolante appelée diélectrique entre les deux. Dans un condensateur conventionnel, l'énergie électrique est stockée de manière statique par des charges séparées (généralement des électrons) dans un champ électrique entre deux plaques d'électrode. <Conteneur pour stocker l'énergie/charge>
Définition du condensateur
Q : La quantité de charge portée par un condensateur fait référence à la quantité de charge portée par une plaque. U : différence de potentiel entre les deux armatures du condensateur Capacité : la quantité de charge stockée par unité de tension
Dans le Système international d'unités SI, l'unité de capacité est le farad (farad), abrégé en méthode, symbole : F. Autrement dit, lorsque le condensateur porte une charge de 1 C, la différence de potentiel entre les deux plaques est de 1 V et la capacité du condensateur est de 1 F. L'unité F est très grande et les unités couramment utilisées en pratique sont principalement les microfarads (μF) et les picofarads (pF). 1 μF = 10^-6F 1 pF = 10^-12F
D'après la formule, il semble que la taille du condensateur soit affectée par la quantité de charge et de tension, mais ce n'est pas le cas !
Idéalement, la taille de la capacité dépend de la surface de la plaque et de l'épaisseur du diélectrique. La taille de la capacité est fixée lors de la fabrication de chaque condensateur spécifique. (Sauf condensateurs variables)
Diélectrique
Les diélectriques courants (matériaux diélectriques) comprennent : la céramique, les films minces (plastiques, papier), les couches d'oxyde sur les métaux (aluminium, tantale, niobium), le mica, le verre, le papier, l'air et le vide.
1. Image de gauche : Si un conducteur est ajouté au milieu de la plaque, la charge circulera et l'énergie sera perdue. Un diélectrique est donc un isolant. 2. Les diélectriques peuvent être polarisés par un champ électrique appliqué. La polarisation du matériau est similaire à l'induction électrostatique (image du milieu). 3. Les matériaux diélectriques ne contiennent pas d'électrons libres ou faiblement liés. Lorsqu'ils sont placés dans un champ électrique, les charges du diélectrique ne s'échappent pas du matériau, mais ne s'écartent que légèrement de leur position d'équilibre moyenne d'origine. (photo à droite)
Condensateurs céramiques
Avez-vous besoin de faire la distinction entre les pôles positifs et négatifs ?
Condensateur à film
Avez-vous besoin de faire la distinction entre les pôles positifs et négatifs ?
Condensateur électrolytique
1. L'anode est une feuille métallique et la couche d'oxyde qui la recouvre est un diélectrique ! 2. Le papier imbibé d'électrolyte est la cathode, et l'autre feuille métallique n'est que le fil de la cathode ; 3. Les condensateurs électrolytiques doivent leur nom au matériau de la cathode qui est un électrolyte. 4. Il est nécessaire de faire la distinction entre les pôles positifs et négatifs. Les condensateurs céramiques et à film font tous référence à des diélectriques. Cette image montre des diélectriques à couche d'oxyde métallique.
Condensateur au tantale
Distinguer les pôles positifs et négatifs Électrode positive : bloc de tantale Électrode négative : dioxyde de manganèse Le diélectrique est du pentoxyde de tantale
Différents diélectriques ont un impact énorme sur la capacité
Super condensateur
1. La densité énergétique du supercondensateur est élevée, c’est-à-dire l’énergie qui peut être stockée par unité de volume. En comparant les chiffres ci-dessus et ci-dessous, la valeur de capacité des supercondensateurs est jusqu'à 20 000 fois celle des condensateurs électrolytiques. 2. La densité énergétique des supercondensateurs existants est d'environ 10 % de celle des batteries/batteries rechargeables traditionnelles. Il existe un énorme écart entre les condensateurs traditionnels et les batteries rechargeables, et les supercondensateurs jouent un rôle évident pour combler cet écart. Peut atteindre jusqu'à 12 000 Farads/1,2 Volts. 3. Alors que la densité énergétique des supercondensateurs existants représente environ 10 % de celle des batteries traditionnelles, leur densité de puissance est généralement 10 à 100 fois supérieure. La densité de puissance est le produit de la densité d'énergie multipliée par la vitesse à laquelle l'énergie est fournie à la charge. Une densité de puissance plus élevée entraîne des cycles de charge/décharge plus courts. Cela les rend idéaux pour la mise en parallèle avec les batteries et peut améliorer les performances de la batterie en termes de densité de puissance.
Un supercondensateur (condensateur électrochimique) se compose de deux électrodes séparées par une membrane perméable aux ions (séparateur) et d'un électrolyte qui relie ioniquement les deux électrodes. Lorsqu'une électrode est polarisée par une tension appliquée, les ions présents dans l'électrolyte forment une double couche électrique de polarité opposée à celle de l'électrode.
Tension nominale
Tension nominale
Au-dessus d’une certaine intensité de champ électrique, le diélectrique du condensateur devient conducteur et perd sa fonction capacitive. Mince La tension nominale indiquée sur le produit doit être inférieure à la tension de claquage.
Déclaration importante : les images de cette note de carte mentale proviennent principalement de Wikipédia et de productions personnelles. Certaines images sont sélectionnées à partir d'autres réseaux. Afin de répondre aux points de connaissance, certaines images ont été ajustées et intégrées. En cas d'infraction, veuillez en informer. nous et retirez-le.