к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Э Ю Я

Электрическая емкость

Электрическая емкость - (электроёмкость, или просто ёмкость) - характеристика проводящего тела, мера его способности накапливать электрический заряд. Численно электрическая емкость С равна заряду q, который необходимо сообщить уединённому телу для изменения его потенциала φ на единицу, и определяется соотношением C = q/φ. Более корректное определение - дифференциальное, пригодное для любых случаев, в том числе для нелинейной зависимости ёмкости от потенциала: C = dq/dφ. Величина электрической емкости зависит от диэлектрической проницаемости окружающей среды, формы и размеров тела, а также (если речь идет о динамической емкости) динамических характеристик емкостной системы (например, LC-контура), устройства (например, катушки индуктивности), материала (например, в вариконде и варикапе).

К сожалению, в течение ХХ века, когда реальная физика была попрана захватившими ее паразитарными общественными силами, превративших физику в предмет и инструмент манипулирования сознанием и общественным положением людей, понятие физическое электрической емкости было превращено в некий схоластический абсурд. В частности, в системе СГСЭ, нарушающей физические размерности, электрическая ёмкость уединённого проводящего шара в вакууме равна его радиусу r [cm]. На самом деле электрическая емкость не имеет размерности длины, а отражает физическую ёмкость проводящего тела по отношению к электрическому заряду, что непосредственно отражается в самой размерности [C/V], то есть то, насколько увеличится заряд [C] проводящего тела при изменении его электрического потенциала на 1V.

Исходя из последнего, электрическая ёмкость шара, расположенного в однородной изотропной среде с абсолютной диэлектрической проницаемостью ε_a, равна

С = 4πε_аr [F].

В математико-теоретическом, упрощенном случае электрическая ёмкость геометрически подобных проводящих тел пропорциональна их линейным размерам, то есть для ёмкостей "лабораторных" масштабов - масштабов мезофизики (примерно от миллиметра до километра) имеет место свойство автомодельности. В микромире и мегамире - масштабах, существенно отличных от мезомира линейный характер зависимости емкости от размеров нарушается.

Традиционно, то есть с позитивистски-релятивистских позиций, электрические емкости делят на уединённые и сложные (системные).

Уединённая ёмкость, простая ёмкость - ёмкость односвязного проводящего тела, имеющего эквипотенциальную поверхность, то есть поверхность одного электрического потенциала, расположенного так далеко от других проводников, что их влиянием на распределение зарядов по его поверхности можно пренебречь.

Сложная, составная ёмкость, конденсатор - система двух и более изолированных друг от друга проводников, электроемкость которой не зависит от наличия других проводников, находящихся вне этой системы.

Таким образом уединённую ёмкость не считают конденсатором, а её свойства считаются простыми.

Реально дело обстоит иначе. Уединённая ёмкость в отличие от составной создает в окружающем пространстве (Эфире) электрическое поле весьма сложного, часто непредсказуемого математической моделью поведения при любых изменениях внешних по отношению к этой ёмкости факторов. Примерами могут служить излучение электромагнитных волн, облучение (приём) электромагнитных волн, обмен энергией, импульсом и моментом с внешним полем, к примеру, в результате движения внешних тел или самой ёмкости в Эфире (относительно "лабораторной" системы). Кроме того, уединённой ёмкость является только в теории. Реально - это конденсатор, имеющий удаленные друг от друга обкладки. Второй часто является поверхность Земли, имеющая нулевой потенциал и неявно для теоретика, но физически реально соединённая с вторым выводом источника э.д.с., создающего потенциал на уединённой ёмкости. Отключение источника э.д.с. по завершении процесса зарядки ёмкости не говорит об отсутствии двухполюсности, но лишь об отключении ее после завершения процесса, то есть временном отсутствии тока. Уже по своему определению уединённая ёмкость - это тоже конденсатор, накапливающий заряд.

Бо́льшая часть электрического поля составной ёмкости состедоточена внутри нее самой. Таким образом поведение этого поля предсказуемо и просто. Оно определяется геометрической конфигурацией ёмкости. Составная ёмкость может играть роль уединённой без каких-либо конструктивных изменений, - достаточно только, чтобы заряжающий и разряжающий ёмкость источник создавал на ее обкладках одинаковый потенциал. Последнее показывает, что форма, конструкция проводников ёмкости сама по себе не определяет тип ёмкости - уединенная или составная.

Таким образом традиционная классификация емкостей является фукнционально неопределённой. Поэтому видится видится целесообразным дополнительное введение функциональной классификации емкостей.

Экзоёмкость - электрическая ёмкость, создающая электрическое поле преимущественно вокруг себя, энергия которого существенно больше энергии электрического поля, замыкающегося на элементы самой ёмкости. К таким емкостям относятся заряженные элементарные частицы, ионы атомов и молекул, электрические провода, антенны и катушки индуктивности.

Эндоёмкость - электрическая ёмкость, создающая электрическое поле преимущественно внутри себя, энергия которого существенно больше энергии электрического поля, выходящего за элементы самой ёмкости. К таким емкостям относятся нейтроны, нейтральные атомы и молекулы, двух- и многообкладочные конденсаторы.

Конденсатор - электротехническое устройство или радиотехнический компонент, предназначенные для работы в электротехнических или электронных цепях, схемах, устройствах, системах; выполняющий функцию накопления электрического заряда, то есть электрической ёмкости. В отличие от ёмкости - физического свойства практически любого вещественного объекта и самого Эфира (поля), конденсатор - это специально созданный технический прибор, обладающий необходимой для поставленных целей ёмкостью и ее качественными параметрами: соответствия номиналу, температурным коэффициентом, линейностью или нелинейностью и пр.

Традиционно, электрическую ёмкость рассматривают и рассчитывают, как атрибут электростатики. Однако это не соответствует физическим реалиям, ограничивая видение физического явления электрической ёмкости узкой областью электростатики. Реально, явление электрической ёмкости возникает как в электростатике, так и в электродинамике. Поэтому, существуют две ее разновидности:

Статическая ёмкость - это электрическая ёмкость, величина которой определяется геометрическими параметрами проводников и диэлектрической проницаемостью диэлектрика, разделяющего проводники.

Динамическая ёмкость - это электрическая ёмкость, величина которой определяется способностью некоторого электродинамического процесса либо накапливать электрические заряды, создавая электрическое поле, либо создавать вихревое электрическое поле даже без присутствия электрических зарядов.
Примерами сущностей, обладающих динамической ёмкостью являются катушки индуктивности, провода, кабели, различные антенны, потоки зарядов: ток, электронные и ионные пучки, а также физические среды и сам Эфир (линейная плотность ёмкости любой физической среды - её диэлектрическая проницаемость [F/m]).

Существует два вида электрических емкостей, превосходящих по плотности заряда и, соответственно, своей ёмкости остальные.

Электролитическая ёмкость - электрическая ёмкость, в которой в качестве диэлектрической границы между проаодниками / обкладками расположен электролит с высокой степенью поляризации P, то есть с высокой диэлектрической проницаемостью ε [F/m]. Примером электролитической ёмкости является электролитический конденсатор.

Электрохимическая ёмкость - электрическая ёмкость, в которой в качестве носителя заряда используется сам электролит и электрохимический потенциал его разделённых компонент. Примерами электрохимических емкостей являются химические источники питания - аккумуляторы и гальванические элементы.

Есть еще пара разновидностей характеристик ёмкости.

Собственная ёмкость - это ёмкость некоторого физического элемента, устройства или системы - либо без учёта влияния иных элементов и систем, либо уединенного. При этом отличие собственной ёмкости от уединённой заключается в том, что это не обязательно экзоёмкость. Примерами могут служить собственная ёмкость конденсатора и собственная ёмкость катушки индуктивности.

Взаимная ёмкость - это электрическая ёмкость между различными элементами какой-либо физической системы.

В СИ единицей измерения ёмкости является фарада [F]. В мезофизической системе n проводящих тел связь зарядов тел с их потенциалами линейная (см., напр., [1-3]) и описывается тремя способами:

где φ_m и q_m - потенциал и заряд тела m, α_mm и α_mk - собственные и взаимные (при k ≠ m) потенциальные коэффициенты, β_mm и β_mk - собственные и взаимные ёмкостные коэффициенты, С_тт и C_mk - собственные и взаимные частичные ёмкости. Коэффициенты в (1), (2) и (3) связаны соотношениями:

где D - определитель системы (1), А_тт и A_mk - алгебраические дополнения α_mm и α_mk соответственно.

В электротехнике обычно пользуются коэффициентом С_mm и C_mk. Частичная собственная ёмкость C_mm = q_m/φ_m при равенстве потенциалов всех тел, а частичная взаимная ёмкость C_mk = C_km = -q_m/φ_k при нулевых потенциалах всех тел, кроме потенциала тела k.

В практически интересном случае двух проводящих тел их электрическая емкость численно равна заряду q, который нужно перенести с одного тела на другое, с тем чтобы изменить разность потенциалов φ₁ - φ₂ на единицу, и определяется соотношением С = q/(φ₁-φ₂). Из (3) следует, что в этом случае

Как правило, частичная взаимная электрическая емкость C₁₂ двух тел, расположенных на расстояниях, соизмеримых с их размерами, значительно больше частичных собственных электрических емкостей C₁₁ и С₂₂. Электрическая емкость двух близко расположенных проводящих пластин без учёта влияния краевых эффектов (в СИ):

С =ε_aS/d,

где d - расстояние между пластинами, S - площадь пластины.

Электрическая емкость двух сферических проводящих поверхностей с общим центром:

С=4πε_аr₁r₂/(r₁-r₂),

где r₁ и r₂ - радиусы внутр. и внеш. поверхностей. Электрическая емкость двух соосных цилиндрич. проводящих поверхностей без учёта эффектов на концах цилиндров:

С= 2πε_аl//ln(r₂/r₁),

где r₁ и r₂ - радиусы поверхностей, l - длина цилиндров.

Электрическая емкость двухпроводной линии:

C = pε_аl/ln(d/a-1),

где a - радиус проводов, d - расстояние между осями проводов, l - длина линии.

Электрическая емкость провода воздушной трёхфазной линии, расположенной над Землёй:

C = 2πε_аl/ln[2hd/(aD)],

где l - длина линии, h - среднее геометрическое значение высоты проводов над землёй, d - среднее геометрическое значение расстояний между проводами, D - ср. геом. значение расстояний между проводами и зеркальными (относительно Земли) изображениями соседних проводов.

В технике для получения нужных величин электрической емкости используются специальные устройства - конденсаторы. Все другие элементы и устройства, применяемые в электрических цепях различного назначения, также обладают электрической емкостью. Так, например, трансформаторы имеют межвитковую ёмкость, ёмкость между выводами, ёмкость между обмотками и тому подобное, все электронные приборы - межэлектродные ёмкости, протяжённые устройства обладают распределённой по длине электрической емкости и т. д. Влияние этих ёмкостей в некоторых режимах может быть существенным.

В теории электрических цепей электрическая емкость - параметр ёмкостного элемента электрической схемы, представляющего собой двухполюсник, характеризующийся зависимостью заряда от напряжения q(U), которая может быть линейной (в случае линейной ёмкости) или нелинейной (в случае нелинейной ёмкости; см., например, Варикап ).

Действующие значения синусоидальных токов I и напряжения в линейной ёмкости связаны соотношением:

U=x_cI,

где x_с=(ωС)^-1 - ёмкостное сопротивление, ω - круговая частота синусоидальных токов и напряжения.

В нелинейных ёмкостях синусоидальное напряжение вызывает несинусоидальный ток. Электрическая емкость как элемент схемы соответствует элементу цепи - конденсатору при его идеализации.

В металлах имеются свободные носители электричества – электроны проводимости (электронный газ), которые под действием внешнего электрического поля могут перемещаться в пределах всего объема металла. Под действием внешнего электрического поля электроны в металле перераспределяются таким образом, чтобы в любой точке внутри проводника электрическое поле электронов проводимости и положительно заряженных "атомных остатков" полностью скомпенсировало внешнее поле. В этом случае имеет место

Электростатическая индукция - взникающее под действием внешнего электрического поля перераспределение электронов проводимости.

Возникающие при этом на поверхности заряды называются индуцированными зарядами, которые исчезают, как только металл удаляется из электрического поля. Вектор напряженности внешнего поля у поверхности металла направлен по нормали к поверхности, так как касательная составляющая вектора вызывала бы перемещение носителей тока по поверхности. Таким образом:

всюду внутри металла напряженность поля Е=0, а у его поверхности Е = Е_n (Е_τ=0);
весь объем металла эквипотенциален, так как в любой точке
поверхность металла является эквипотенциальной поверхностью, так как для любой линии на поверхности

некомпенсированные заряды располагаются только на поверхности металла, так как по теореме Остроградского-Гаусса заряд, охватываемый произвольной замкнутой поверхностью S, проведенной внутри металла, равен нулю

так как во всех точках поверхности S, проходящей внутри металла, Е=0.
Напряженность и вектор электрического смещения вблизи поверхности металла связаны с поверхностной плотностью зарядов соотношениями

где D_n и Е_n – проекции векторов D и Е на внешнюю нормаль к поверхности металла, ε – диэлектрическая проницаемость среды.

Уединённым проводником называется металлическое тело, находящееся столь далеко от других металлических тел и заряженных объектов, что влиянием их электрических полей можно пренебречь.

У проводника, находящегося в однородном изотропном диэлектрике, заполняющем все поле проводника, заряд распределен по поверхности с плотностью σ, зависящей только от формы поверхности проводника.

Значение больше там, где меньше радиус кривизны поверхности.
Потенциал заряженного проводника, находящегося в безграничном, однородном и изотропном диэлектрике, равен

где r – расстояние от заряда σdS малого элемента поверхности до какой-либо точки на этой поверхности. Интеграл зависит только от размеров и формы проводника.
Потенциал уединённого проводника пропорционален заряду проводника

где величина С называется электрической емкостью проводника

Электрическая емкость уединённого проводника зависит от его размеров и формы, а также от диэлектрических свойств окружающей среды. Электрическая емкость уединённого проводника не зависит от материала проводника и его агрегатного состояния, а также от формы и размеров полостей внутри проводника..

Электрическая емкость проводника становится больше, если вблизи есть другие проводники. Для двух близко расположенных проводников взаимная емкость равна

Взаимная емкость двух проводников зависит от их формы, размеров и взаимного расположения, а также от диэлектрических свойств окружающей среды.

Система из двух проводников, равномерно заряженных равными по величине и противоположными по знаку зарядами, называется конденсатором, если создаваемое ими поле локализовано в ограниченной области пространства. Емкость плоского конденсатора из двух пластин с площадью S каждая, расположенных на расстоянии d друг от друга, равна

(справедливо при )

Емкость сферического конденсатора

Емкость цилиндрического конденсатора

Пробивное напряжение (напряжение пробоя) – минимальная разность потенциалов обкладок конденсатора, при которой происходит электрический разряд через слой диэлектрика. Зависит от формы и размеров обкладок и от свойств диэлектрика. При последовательном соединении конденсаторов емкость батареи

При параллельном соединении конденсаторов емкость батареи

Работа против кулоновских сил при заряде проводника идет на увеличении электрической энергии проводника, которая аналогична механической потенциальной энергии. Работа dA по перенесению заряда dq из бесконечности на уединённый проводник определяет величину электрической энергии (потенциальной) этого проводника

→

Энергия заряженного конденсатора

Энергия любой системы неподвижных зарядов

Энергия электростатического поля - есть энергия зарядов, заряженного проводника или конденсатора как носителей этого поля.

Энергия однородного поля плоского конденсатора

Объемная плотность энергии однородного поля

Объемная плотность энергии неоднородного поля

→ →

Пример: Энергия и объемная плотность энергии поля заряженной сферы

Действующие в электрическом поле силы могут совершать работу по перемещению заряженных тел. Такие силы называются пондемоторные силы.

Пример: сила притяжения пластин конденсатора может быть определена из предположения, что действующая сила, уменьшая расстояние между пластинами, уменьшает потенциальную энергию системы

Из выражения для энергии поля и емкости конденсатора следует

и →

Тогда сила действующая на пластины

будет силой притяжения.

Энергия электрического поля системы заряженных тел изменяется, если тела системы перемещаются и/или изменяются их заряды. При этом совершается работа внешними силами и источниками электрической энергии. Для малого изменения состояния системы (свойства системы не изменяются)

(закон сохранения энергии)

где - работа внешних сил, - работа источников электрической энергии, - изменение энергии электрического поля системы, - изменение кинетической энергии системы, - теплота, выделяющаяся при изменении или перераспределении заряда системы.

Если перемещение заряженных тел происходит медленно (квазистатически), то можно пренебречь кинетической энергией и считать, что работа внешних сил численно равна и противоположна по знаку работе пондемоторных сил . Тогда

Если заряд системы не изменяется, то

и →

работа пондемоторных сил равна убыли энергии электрического поля системы.

Литература по электрическим емкостям

Иоссель Ю. Я., Кочанов 3. С., Струнский М. Г., Расчёт электрической ёмкости, 2 изд., Л., 1981;
Новожилов Ю. В., Яппа Ю. А., Электродинамика, М., 1978;
Нейман Л. Р., Демирчян К. С., Теоретические основы электротехники, 3 изд., т. 2, Л., 1981.
Иродов И.Е. Основные законы электромагнетизма. - М., ВШ, 1991, с. 71.
Хайдаров К.А. Природа электричества. - BRI, 2004.
Хайдаров К.А. Эфирный электрон. - БРИ, 2004.
Хайдаров К.А. О реальных явлениях электромагнетизма. - БРИ, 2015.

К.А. Хайдаров

к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира