Если разность потенциалов между двумя точками цепи равна нулю, то почему между ними нет электрического поля?

Я студент электротехнического факультета, который пытается стать немного более сведущим в физике электроники, так как большая часть ее абстрагируется для нас на наших инженерных занятиях.

В любом случае, я сейчас просматриваю книгу по физике и читаю о примере с зарядкой одного конденсатора от другого, ранее заряженного:введите описание изображения здесь

Равновесие достигается, когда два потенциала равны, потому что при отсутствии разности потенциалов между соединенными пластинами конденсаторов внутри соединительных проводов нет электрического поля, перемещающего электроны проводимости. Затем начальный заряд конденсатора 1 распределяется между двумя конденсаторами.

Для меня интуитивно понятно, что если конденсатор 1 изначально заряжен, например, до 5 вольт, заряд будет передаваться до тех пор, пока на конденсаторе 2 не будет 2,5 вольт, а это означает, что конденсатор 1 теперь также заряжен только до 2,5 вольт. Я понимаю, что без разности потенциалов заряд не течет, но раньше я думал, что это происходит из-за того, что силы накопленного заряда на пластине одного конденсатора достаточно, чтобы компенсировать силы накопленного заряда на другой пластине конденсатора. Я понимаю, что это не имеет смысла, поскольку конденсаторы могут иметь одинаковое напряжение и разный заряд.

Намерены ли авторы сказать, что нет электрического поля NET, влияющего на движение заряда? Разве положительный заряд на обеих пластинах конденсаторов не будет по-прежнему создавать электрическое поле, просто равные электрические поля, силы которых уравновешивают друг друга? Будут ли электрические поля, создаваемые каждой обкладкой конденсатора, иметь разную напряженность из-за того, что они накапливают разное количество заряда? Я не устраняю разрыв между разностью потенциалов и электрическими полями. Я всегда понимал, что если существует общий заряд и нет равного общего заряда, создающего поле, нейтрализующее его силу, все равно будет чистое электрическое поле, влияющее на перемещение заряда.

Что спрашивает книга? Конечное напряжение на каждом конденсаторе?
@BobD Он запрашивает количество заряда на каждом конденсаторе после достижения равновесия. Исходя из предположения, что оба будут иметь одинаковый потенциал, они просто используют q = CV и заданные значения емкости для определения заряда в установившемся режиме.
На каком основании ваша интуиция подсказывает вам, что конечное напряжение на каждом конденсаторе будет В о 2 ?
@BobD Я думаю, что это было бы так, если бы конденсаторы были одинаковой стоимости, поскольку это означало бы, что для создания вольта на пластинах требуется одинаковое количество накопленного заряда. Если C1 имеет большую емкость, чем C2, это будет означать, что C1 требует большего заряда для создания вольта, поэтому C2 заряжается/разряжается быстрее, чем C1, а это означает, что C2 «догоняет» C1 быстрее, чем C1 может разрядиться, поэтому конечное напряжение будет больше, чем V0/2. Это верно?
В вопросе не сказано, что конденсаторы одинаковые. Я спрашиваю, отличаются ли они
@BobD да, это разные предельные значения.
ок, тогда напряжения на каждом не будет В 0 2
@БобД Хорошо. Будет ли мое более раннее объяснение в предыдущем комментарии правильным? Окончательные значения напряжения зависят от значений емкости, верно?
Да, окончательные напряжения варьируются в зависимости от значений емкости. Вы можете получить уравнение для конечного напряжения как функции емкостей и В 0 из уравнений сохранения заряда и В "=" д С .
Я пытаюсь понять вашу основную проблему. Вы спрашиваете, почему между параллельными конденсаторами нет результирующего электрического поля, когда их пластины имеют разный заряд?

Ответы (2)

Для меня интуитивно понятно, что если конденсатор 1 изначально заряжен, например, до 5 вольт, заряд будет передаваться до тех пор, пока на конденсаторе 2 не будет 2,5 вольт, а это означает, что конденсатор 1 теперь также заряжен только до 2,5 вольт.

Это было бы правильно только в том случае, если бы два конденсатора имели одинаковую емкость. Если их нет, конечное напряжение не будет вдвое меньше начального напряжения одного конденсатора. Вы можете определить конечное напряжение как функцию емкостей и начального напряжения из трех уравнений, (1) д 1 + д 2 "=" д 0 , (2) д 0 "=" С 1 В 0 и (3) д 1 С 1 "=" д 2 С 2 "=" В ф я н а л .

Я так понимаю, что без разности потенциалов заряд не течет...

Это верно.

но ранее я думал, что это произошло потому, что силы накопленного заряда на пластине одного конденсатора было достаточно, чтобы компенсировать силы накопленного заряда на другой пластине конденсатора.

Когда переключатель замкнут в изображенной цепи, заряд перераспределяется до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие и напряжение на каждом конденсаторе не станет одинаковым. С д "=" С В , если емкости разные, то и заряд на каждом конденсаторе обязательно будет разным. Однако они находятся в равновесии, и между конденсаторами нет результирующего поля, как обсуждается ниже.

Намерены ли авторы сказать, что нет электрического поля NET, влияющего на движение заряда?

Я не знаю, что хотели сказать авторы, но это правда, что после того, как переключатель замкнут и заряд перераспределится так, что напряжение будет одинаковым на каждом конденсаторе, тогда не будет результирующего электрического поля, влияющего на движение заряда. .

Разве положительный заряд на обеих пластинах конденсаторов не будет по-прежнему создавать электрическое поле, просто равные электрические поля, силы которых уравновешивают друг друга?

См. рис. А ниже. Хотя положительный заряд на обеих пластинах конденсатора создает электрическое поле, направленное наружу от каждой положительной пластины, отрицательный заряд на обеих пластинах конденсатора также создает электрическое поле равной величины, направленное внутрь к положительной пластине, так что суммарная электрическая энергия поле вне положительной пластины равно нулю.

Точно так же электрические поля, направленные внутрь и наружу на отрицательных пластинах конденсаторов, также компенсируются, так что суммарное электрическое поле вне отрицательной пластины также равно нулю.

Тот факт, что электрическое поле вне конденсатора из-за зарядов на обкладках равно нулю, также можно объяснить законом Гаусса. См. рис. B. Закон Гаусса гласит, что суммарный электрический поток через замкнутую поверхность равен суммарному заряду, окружающему эту поверхность, деленному на диэлектрическую проницаемость пространства. Поскольку суммарный заряд всего конденсатора равен нулю, заряд не создает электрического поля вне конденсатора.

Я не устраняю разрыв между разностью потенциалов и электрическими полями.

Связь между разностью потенциалов и электрическим полем между двумя точками представляет собой градиент электрического потенциала между двумя точками. Напряжённость электрического поля между пластинами конденсатора, разнесенными на расстояние г а где поле считается постоянным, так это то.

Е "=" В г

Поскольку пластины двух параллельных конденсаторов имеют одинаковый потенциал, электрическое поле между пластинами параллельных конденсаторов равно нулю.

Я всегда понимал, что если существует общий заряд и нет равного общего заряда, создающего поле, нейтрализующее его силу, все равно будет чистое электрическое поле, влияющее на перемещение заряда.

Ваше понимание правильное, но, как обсуждалось выше и на рисунках ниже, в случае конденсатора вы не можете смотреть на чистые заряды на пластине отдельно от другой пластины. В то время как на одной пластине конденсатора имеется чистый положительный заряд, на другой пластине имеется равное количество чистого отрицательного заряда, так что в целом чистый заряд на всем конденсаторе равен нулю.

Надеюсь это поможет.

введите описание изображения здесь

Это было действительно здорово. Большое спасибо

Ты прав. Нет электрического поля NET.

Электрические поля накладываются друг на друга. Это означает, что электрическое поле в точке представляет собой векторную сумму всех электрических полей. Электрическое поле от каждой отдельной пластины имеет направление, противоположное направлению другой, и поэтому их векторная сумма равна нулю.

Если вы поместите заряд в проволоку между двумя пластинами, она вообще не почувствует никакой силы. Другими словами, он не чувствует двух равных и противоположных сил, толкающих его с двух противоположных сторон, он просто не ощущал бы никакой силы.

Другими словами, электрон не смог бы отличить два отдельных поля от каждого места. Он может чувствовать только наложенное поле, которое равно нулю.

Я могу ошибаться, но я думал, что ОП спрашивает, почему чистое поле будет равно нулю, если на каждом конденсаторе будет разное количество заряда.