Вопрос 13.

Рассмотрим условия равновесия зарядов в проводнике, воспользовавшись понятием разности потенциалов. Как уже указывалось в § 16, при равновесии зарядов напряженность поля в проводнике должна равняться нулю (т. е. электрическое поле в проводнике отсутствует). Но на основании (23.1) это означает, что разность потенциалов между любыми точками проводника равна нулю. Это относится также и ко всем точкам поверхности проводника. Следовательно, поверхность проводника является эквипотенциальной поверхностью. Так как линии поля перпендикулярны ко всем эквипотенциальным поверхностям (§ 22), то они перпендикулярны к поверхности проводника — вывод, который мы уже получили в § 18. Если мы имеем два изолированных проводника 1и 2 (рис. 42), то поверхность каждого из них должна быть эквипотенциальной поверхностью. Но между поверхностями этих двух проводников может существовать разность потенциалов. Что произойдет, если эти два проводника соединить металлической проволокой? Между концами этой проволоки будет существовать разность потенциалов, равная разности потенциалов проводников. Следовательно, вдоль проволоки будет действовать электрическое поле, и поэтому в ней начнется движение свободных электронов, переходящих в сторону возрастания потенциала (§ 23), ибо электроны имеют отрицательный заряд. Вместе с этим движением начнется и перемещение электронов по проводникам 1 и 2, в результате которого имевшаяся вначале разность потенциалов между проводниками будет уменьшаться. Движение электронов, т. е. электрический ток в проводниках и в соединяющей их проволоке, будет продолжаться  до тех пор, пока разность потенциалов между всеми точками этих проводников не станет равной нулю и поверхности обоих проводников и проволоки между ними не сделаются одной эквипотенциальной поверхностью.

Рис. 42. К объяснению возникновения движения зарядов при наличии   разности    потенциалов

Наш земной шар в целом является проводником. Поэтому поверхность Земли есть также эквипотенциальная поверхность. При построении эквипотенциальных поверхностей нередко выбирают в качестве нулевой эквипотенциальную поверхность, совпадающую с поверхностью Земли, и иногда говорят вместо «разность потенциалов» просто «потенциал» в данной точке. При этом имеют в виду ту разность потенциалов, которая существует между этой точкой и какой-либо точкой поверхности Земли. Как уже было разъяснено в § 22, выбор поверхности Земли в качестве нулевой эквипотенциальной поверхности является условным.

Вопрос 14. Емкость проводников

Независимо от геометрической формы, которую имеет источник поля (шар, цилиндр, параллельные пластины и т.д.), потенциал поля пропорционален заряду источника. Увеличивая заряд вдвое, мы увеличим вдвое и потенциал. Однако для достижения одного и того же потенциала разным телам требуется разный заряд. Отношение величины заряда уединенного проводника к его потенциалу называется электрической емкостью или просто емкостью уединенного проводника.

,

то есть ёмкость численно равна заряду, сообщение которого проводнику повышает его потенциал на единицу. Если тело имеет большую емкость, то оно может иметь большой электрический заряд при относительно небольшом потенциале. Емкость зависит только от размеров и формы проводника, а также от свойств среды, в которую помещен проводник.

Единицу емкости в системе СИ называют Фарадом. Она названа так в честь Майкла Фарадея. Если при сообщении телу заряда в 1 Кл его потенциал увеличивается на 1 В, то емкость тела равна 1 Ф. Это очень большая емкость. Даже емкость Земли всего  . Поэтому часто пользуются меньшими единицами емкости: 1 микрофарад (мкФ) =   или 1 пикофарад (пФ) =  . В системе СГС емкость выражается в сантиметрах: 1 Ф =  .

Емкость шара. Емкость шара легко вычислить, подставив в формулу для емкости выражение для потенциала шара:

.

Емкость шара пропорциональна его радиусу. Например, емкость шара радиусом 10 см равна  . То есть емкость шара в пикофарадах примерно равна его радиусу в сантиметрах. Приблизительно емкость любого изолированного проводника равна радиусу шара (в сантиметрах), имеющего примерно такую же площадь поверхности, как и тело.

Конденсатор - электрический прибор, состоящий из двух проводящих пластин, разделенных слоем диэлектрика. Конденсаторы служат для накопления зарядов с целью их отдачи в нужный момент времени, а также в цепях переменного тока для деления зарядов (параллельное соединение) и для деления напряжения (последовательное соединение).  - обозначение конденсатора на схеме.  - емкость конденсатора (С).