Электроемкость. Конденсаторы. Соединение конденсаторов.

Заряд уединенного проводника равен его потенциалу: .

Коэффициент пропорциональности в этом выражении обозначают буквой C и называют электроёмкостью проводника.

Рассчитаем электроемкость шара.

Потенциал шара одинаков во всех точках этого шара:

Q – заряд шара;

R – радиус шара.

Т.к. , то

Конденсаторами называют устройства, способные при незначительных размерах и малых по отношению к окружающим телам потенциалах накапливать значительные по величине заряды.

Конденсатор состоит из двух проводящих обкладок, которые разделены слоем диэлектрика.

Конденсаторы различают: плоские, цилиндрические, сферические.

Электроемкость конденсатора – величина, равная отношению заряда Q, накопленного конденсатором к разности потенциалов между его обкладками:

Рассчитаем электроёмкость плоского конденсатора. Т.к. размеров обкладок, то E между обкладками можно рассчитать по следующей формуле:

Разность потенциала между обкладками:

где .

Т.к.

То

1. Параллельное соединение конденсаторов:

2. Последовательное соединение конденсаторов:

Энергия системы неподвижных точечных зарядов. Энергия уединенного проводника и плоского конденсатора. Энергия электростатического поля.

Потенциальная энергия системы зарядов:

Тогда

Для увеличения заряда проводника необходимо совершить работу:

Т.к.

То

Проинтегрируем это выражение:

Получили формулу, определяющую потенциальную энергию заряженного проводника.

Энергия заряженного конденсатора:

Т.к. и , то энергия электростатического поля равна:

Энергия распределена в пространстве с объемной плотностью:

Постоянный ток и его законы.

Электрический ток – направленное движение электрических зарядов.

Сила электрического тока:

Для постоянного электрического тока:

Плотность электрического тока:

Силу тока можно рассчитать так:

Где

Электрический ток будет проходить до тех пор, пока потенциалы всех трех проводников не сравняются. Осуществляется разделение зарядов. Это используется в источниках тока. Разделение зарядов происходит под действием сил неэлектростатической природы. Силы неэлектрстатической природы в источниках тока называют сторонними силами, а работу, совершаемую ими, работой сторонних сил.

Отношение работы сторонних сил А_ст к величине заряда Q₀ обозначают буквой ξ и называют электродвижущей силой (ЭДС):

Работа на произвольном участке цепи 1-2 равна:

Закон Ома для однородного участка цепи:

Электрическая проводимость:

Сопротивление однородного цилиндрического проводника:

Удельная электрическая проводимость:

Соединение проводников:

1. Последовательное:

2. Параллельное:

При увеличении температуры сопротивление проводников возрастает по линейному закону:

Закон Джоуля-Ленца:

Если ток проходит по неподвижному металлическому проводнику, то вся работа тока идёт на его нагревание и, по закону сохранения энергии,

Используя эти выражения, получим выражение, представляющее собой закон Джоуля-Ленца:

Удельная тепловая мощность тока:

Используя

Получим – обобщенное выражение закона Джоуля-Ленца в дифференциальной форме, пригодное для любого проводника.

Закон Ома для неоднородного участка цепи:

Из формул

Получаем закон Ома для неоднородного участка цепи в интегральной форме:

Закон Ома для замкнутой цепи:

При разомкнутой цепи: