普通物理英语课件2415_web_Lec_08_Capacitors.pptxVIP

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普通物理英语课件2415_web_Lec_08_Capacitors.pptx

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CapacitorsPhysics2415Lecture8MichaelFowler,UVa

Today’sTopicsDipolePotential,LightningConductorsStoringChargeonaSphericalConductorParallelPlateCapacitorsCylindricalCapacitorsCapacitorsinSeriesandParallel

DipolePotentialFarAwayAtdistances,thechargeseparationdistance,thedipolepotentialatapointPhasasimpleform:Recallthedipolemomentp=Q?,andwe’veapproximatedfor.r+Q??Pr?r-Q

ConnectedSphericalConductorsTwosphericalconductorsareconnectedbyaconductingrod,thencharged—allwillbeatthesamepotential.Whereistheelectricfieldstrongest?Atthesurfaceofthesmallsphere.TakethebigspheretohaveradiusR1andchargeQ1,thesmallR2andQ2.EqualpotentialsmeansQ1/R1=Q2/R2.SinceR1R2,fieldkQ1/R12kQ2/R22.Thismeansthesurfacechargedensityisgreateronthesmallersphere!a

ElectricBreakdownofAirAircontainsfreeelectrons,frommoleculesionizedbycosmicraysornaturalradioactivity.Inastrongelectricfield,theseelectronswillaccelerate,thencollidewithmolecules.IftheypickupenoughKEbetweencollisionstoionizeamolecule,thereisa“chainreaction”withrapidcurrentbuildup.ThishappensforEabout3x106V/m.

VoltageNeededforElectricBreakdownSupposewehaveasphereofradius10cm,0.1m.Ifthefieldatitssurfaceisjustsufficientforbreakdown,ThevoltageForasphereofradius1mm,3,000Visenough—thereisdischargebeforemuchchargebuildsup.Thisiswhylightningconductorsarepointed!

ChargedSpherePotentialandFieldForasphericalconductorofradiusRwithtotalchargeQuniformlydistributedoveritssurface,weknowthatThefieldatthesurfaceisrelatedtothesurfacechargedensity?byE=?/?0.NotethischeckswithQ=4πR2?.

StoringChargeonaSphereInthevanderGraaffmachine,electricchargeiscarrieduptoasphereonaninsulatingbelt,thebeltdriveovercomingtheelectrostaticrepulsion.Aschargebuildsup,sodoesthevoltage