Влияние внешнего электрического поля на незаряженный конденсатор

Влияние внешнего электрического поля на незаряженный конденсатор.

На рис. А показан незаряженный конденсатор без внешнего электрического поля. Нет чистого заряда на каждой из пластин. Поскольку суммарный заряд на каждой из пластин равен нулю, за пределами пластин не создается электрического поля. Диэлектрик между пластинами состоит из полярных молекул, ориентированных беспорядочно, так как в диэлектрике отсутствует электрическое поле.

На рис. В показан тот же конденсатор, но теперь он находится в однородном электрическом поле. По соглашению, направление поля — это направление силы, с которой положительный заряд будет действовать, если его поместить в поле. Полагаю, из-за влияния поля заряды на обкладках конденсатора перераспределятся, так что теперь между внешними поверхностями обкладок (между точками 1 и 2, отстоящими друг от друга на расстояние d) возникнет напряжение, равное напряжению падение поля между точками. Однако ни на одной из пластин по-прежнему нет чистого заряда. Если я нарисую вокруг каждой пластины замкнутую гауссову поверхность, вне пластин не будет поля из-за заряда на пластинах. Следовательно, оказывается, что в диэлектрике нет поля из-за зарядов на обкладках.

Другими словами, правильно ли мое изображение ситуации на рис. Б в отношении влияния внешнего электрического поля на диэлектрик между пластинами?

Спасибо за внимание.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Я добавил рис. C, на котором показан тот же конденсатор, что и на рис. A и B, за исключением того, что он был заряжен батареей и имеет напряжение В "=" Е д .

введите описание изображения здесь

Ответы (2)

Внутри пластин будет поле Е. Нарисуйте гауссову поверхность так, чтобы она окружала только правую сторону левой пластины, а не всю пластину. Это дает E между пластинами. Если вы нарисуете его вокруг всей пластины, поверхностный интеграл будет равен нулю, потому что E входит слева и оставляет правую сторону пластины.

Если в диэлектрике есть поле, означает ли это, что в конденсаторе хранится энергия? Я думаю, что нет, так как ни на одной пластине нет чистого заряда. Кроме того, разве поле, создаваемое в левой пластине, не противодействует внешнему полю слева?
Если мы можем игнорировать конечные эффекты (бесконечные пластины), не можем ли мы считать пластины конденсатора датчиком Фарадея? Поле, наводимое в пластинах внешним полем, компенсирует внешнее поле, так что поле в диэлектрике равно нулю. Может быть, я ошибаюсь. Но спасибо за вашу помощь.
1. Энергия внутри конденсатора создается внешним полем Е, которое вызывает поле Е внутри конденсатора.
2. Полного поля E внутри обеих пластин нет, так как поле поверхностных зарядов нейтрализует внешнее поле внутри (но не снаружи) пластины.
3. Это не клетка Фарадея, потому что пластины не соединены. Если бы пластины были соединены, закорачивая конденсатор, он уже не был бы конденсатором. Каждая из пластин станет заряженной, что снимет внешнее поле между пластинами.
Итак, давайте подведем итоги и дайте мне знать, согласны вы или нет. 1. Перераспределение заряда на каждой пластине за счет внешнего поля создает электрическое поле внутри пластины, равное и противоположное электрическому полю снаружи каждой пластины, так что суммарное электрическое поле внутри каждой пластины равно нулю.
2. Внешнее электрическое поле проходит через две пластины, поэтому между пластинами существует электрическое поле. Это поле должно, в свою очередь, выравнивать полярные молекулы диэлектрика, создавая противоположное поле. Следовательно, напряженность поля между пластинами должна быть меньше внешнего поля.
3. Это не клетка Фарадея, потому что без соединенных пластин заряд не может мигрировать с одной пластины на другую, создавая суммарный заряд на каждой пластине, который затем нейтрализует поле из-за внешнего поля.
4. Энергия, запасенная в поле между пластинами, не такая, как у заряженного конденсатора, С В 2 2 .
1. Соглашаемся на 1.
1. Мы согласны с 1. Мы частично согласны с 2. Поле E между пластинами выравнивает молекулы, создавая поле в направлении E. Это приводит к полю D, заданному D=\epsilon E с \epsilon>1. Мы согласны с 3. Мы не согласны с 4. Энергия CV^2/2, где V=Ed.
Итак, мы согласны с 1 и 3. Что касается 2, я считаю, что выравнивание молекул с полем создает поле в диэлектрике, которое противоположно направлению поля. Прокрутите вниз до последнего слайда по следующей ссылке: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/dielec.html#c1 .
Что касается 4. Я добавил к моему вопросу рис. C, на котором показан конденсатор, заряженный батареей. Предположим, что напряжение на пластинах равно В . Вы говорите, что энергия, накопленная в поле между пластинами на рис. B, такая же, как на рис. C ( С В 2 2 ) если В "=" Е д .
Если я подключу резистор р через пластины конденсатора на рис. C начальный ток будет В / р (затухая в геометрической прогрессии впоследствии). Какой будет ток через тот же резистор, если он подключен к пластинам рис. В? Не должно ли оно быть равным нулю, поскольку на обкладках конденсатора нет суммарного заряда и нет заряда, создаваемого внешним полем?
Не могли бы вы продолжить эту дискуссию в чате?
Привет Клем. У вас была возможность рассмотреть мои последние комментарии по 2 и 4?

Я полагаю, что заряды на обкладках конденсатора перераспределятся так, что теперь между внешними поверхностями обкладок (между точками 1 и 2, разделенными расстоянием д ) равно падению напряжения В 1 − 2 "=" Е д поля между точками.

  • Да, заряды на обкладках конденсатора будут перераспределяться, как показано на рис. В, под влиянием Е → е Икс т поле.
  • Напряжение, В 1 − 2 "=" Е д "=" 0 , через конденсатор, пока он находится во внешнем поле. Внешнее поле вызывает разделение зарядов и выравнивание диполей, что создает противоположное поле, что приводит к чистому полю нулевой величины в каждой точке внутри конденсатора.
    1) Поле, наводимое в обкладках конденсатора за счет разделения зарядов, равно по величине Е → е Икс т и в обратном направлении.
    2) Поле, индуцируемое в диэлектрике (за счет дипольного выравнивания и разделения зарядов), также равно по величине и противоположно направлено Е → е Икс т поля в каждой точке диэлектрика. Таким образом, суммарное поле внутри диэлектрика равно нулю в каждой точке.
    3) Поскольку пластины конденсатора (левая и правая) и диэлектрик соединены последовательно, а напряжение на каждом из этих элементов равно нулю, напряжение, измеренное вольтметром на всем конденсаторе, равно нулю.

Если я нарисую вокруг каждой пластины замкнутую гауссову поверхность, вне пластин не будет поля из-за заряда на пластинах. Следовательно, оказывается, что в диэлектрике нет поля из-за зарядов на обкладках.

  • Да, гауссова поверхность, окружающая каждую пластину, содержит нулевой суммарный заряд. И да, в результате Е → внешнее к обкладкам конденсатора поле равно нулю.
  • Но в диэлектрике есть поле. Это поляризующее поле возникает не из-за заряда обкладки конденсатора, а из-за Е → е Икс т поле, пронизывающее весь конденсатор. Таким образом Е → е Икс т поле выравнивает диполи диэлектрика.

Другими словами, правильно ли мое изображение ситуации на рис. Б в отношении влияния внешнего электрического поля на диэлектрик между пластинами?

  • Нет , диполи диэлектрика выровняются, а заряды каждого диполя будут разделены силой внешнего поля.
  • Выравнивание и разделение диэлектрических диполей создает электрическое поле, которое точно противодействует Е → е Икс т поле. В результате получается нулевая величина Е → поля в любой точке диэлектрика.

Конденсатор заряжается от источника напряжения:

  • Подключите конденсатор к источнику напряжения, и ток будет течь. На одной пластине накапливаются электроны, а на другой – положительные заряды. Заряды на каждой пластине создают Е → поле, которое конструктивно накладывается. Это поле поляризует диэлектрик.

Резюме: Конденсатор заряжается внешним полем

  • В конденсаторе с разомкнутой цепью, помещенном во внешнее поле, заряд не перемещается с одной пластины на другую.
  • Положительные и отрицательные заряды внутри каждой пластины конденсатора отводятся к противоположным сторонам соответствующих пластин. Таким образом, при погружении конденсатора в Е → е Икс т поле пластины конденсатора заряжаются/поляризуются.
  • Диэлектрические диполи выровнены и разделены из-за силы, приложенной Е → е Икс т поле.
  • При полной зарядке сеть Е → поле = 0 в каждой точке внутри обкладок конденсатора и диэлектрика. Следовательно, напряжение на всем конденсаторе равно нулю.
Влияние внешнего электрического поля на незаряженный конденсатор
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v