11.9. Проводники в электростатическом поле

П роводники — вещества, имеющие свободные заряды, способные двигаться под действием электрического поля (в металлах — электроны, в электролитах — ионы, в ионизированных газах — электроны и ионы). Проводники проводят электрический ток.

В проводнике, помещенном в поле плоского конденсатора, заряды будет перераспределяться до тех пор, пока своим полем не скомпенсируют внешнее поле конденсатора Е₀ (рис. 11.31). Напряженность поля внутри проводника: . Поверхность проводника — эквипотенциальная поверхность const. Проводники экранируют электрическое поле. Территориальное разделение зарядов в проводнике под действием внешнего электрического поля называется электростатической индукцией.

11.10. Электроемкость проводников

• Электроемкость уединенного проводника C, Ф (Фарад) — численно равна количеству заряда, который необходимо поместить на проводник, чтобы потенциал его поверхности стал 1 В.

.

• Электроемкость шара. Рассмотрим проводящий шар радиуса R заряженный зарядом q до потенциала . Так как поле вне шара совпадает с полем точечного заряда, то поверхность шара будет иметь потенциал

, .

Электроемкость проводника зависит только от его геометрических параметров R и диэлектрических свойств среды .

11.11. Электроемкость конденсаторов

• Конденсаторы — это устройства для накопления электрического заряда и энергии электрического поля. Состоят из проводников (обкладок), разделенных диэлектриком.

• Плоский конденсатор

с остоит из двух плоских обкладок и диэлектрика между ними. Электроемкость конденсатора (рис.11.32)

.

Для плоского конденсатора справедливо соотношение , с другой стороны: , где — поверхностная плотность заряда. Таким образом, получаем:

.

Емкость конденсатора зависит только от его устройства и типа диэлектрика.

11.12. Соединения конденсаторов

• П араллельное соединение (рис. 11.33)

Заряд батареи конденсаторов:

Напряжение:

Емкость: , так как

• Последовательное (рис. 11.34)

Заряд:

Напряжение: ,

Емкость: , так как .

11.13. Энергия электрического поля

• Собственная энергия заряженного проводника это потенциальная энергия зарядов, находящихся на проводнике.

Работа сторонних сил по переносу заряда на проводник, имеющий потенциал приводит к увеличению энергии на :

.

При перемещении конечного заряда .

Используя определение емкости проводника , получаем:

.

• Энергия заряженного конденсатора. Аналогично получаем для конденсатора: .

• Энергия электрического поля. , Дж. Выразим энергию электрического поля конденсатора через параметры поля:

,

где V — объем поля.

• Плотность энергии электростатического поля , Дж/м³ — энергия, заключенная в единице объема равна:

.

Глава 12 постоянный электрический ток

12.1. Основные понятия и определения

• Электрическим током называется упорядоченное движение зарядов. За направление тока принимают направление движения положительного заряда. Таким образом считается, что ток течет от плюса к минусу.

• Сила тока i,I А (Ампер) — равна количеству заряда, который переносится в единицу времени через сечение проводника:

— для переменного тока,

—для постоянного тока.

• Плотность тока , А/м² — вектор, равный по модулю силе тока, проходящего через единичное сечение проводника. Направление совпадает с направлением тока: .

Для однородного проводника: .

• Условия существования тока. Для существования тока необходимы:

а) свободные заряды, способные перемещаться под действием электрического поля,

б) отличная от нуля напряженность поля внутри проводника,

в) источник тока, поддерживающий напряженность поля внутри проводника.