Энергия электростатического поля

 

1. Энергия системы неподвижных точечных зарядов

Электростатическое поле является потенциальным. Силы, действующие между зарядами – консервативные силы. Система неподвижных точечных зарядов должна обладать потенциальной энергией. Найдем потенциальную энергию двух неподвижных точечных зарядов q₁ и q₂, находящихся на расстоянии r друг от друга.

                                                                       Потенциальная энергия заряда q₂ в поле, создаваемом

             зарядом q₁, равна

            

Аналогично, потенциальная энергия зарядаq₁ в поле, создаваемом зарядом q₂, равна

Видно, что W₁ = W₂, тогда обозначив потенциальную энергию системы зарядов q₁ и q₂ через W, можно записать

где φ_i  - потенциал, создаваемый в той точке, где находится заряд q_i, всеми зарядами, кроме i-го.

1. Энергия заряженного уединенного проводника.

Энергию электрического поля заряженного уединенного проводника можно определить, рассмотрев суммарную работу, выполняемую по перемещению небольших порций заряда dq из бесконечности на данный проводник.

Если проводник обладает зарядом q, емкостью С и потенциалом φ, то для того чтобы перенести заряд dq из бесконечности на проводник необходимо затратить работу

Чтобы зарядить проводник от нулевого потенциала до потенциала φ необходимо совершить работу

Потенциальная энергия равна работе, которую необходимо совершить, чтобы зарядить проводник

1. Энергия заряженного конденсатора.

Выразим энергию конденсатора через величины, характеризующие конденсатор

ст.к. внутри конденватора поле однородно, то можно ввести объемную плотность энергии (объемная плотность – энергия единицы объема)

Электроемкость – характеристика проводящего тела, мера его способности накапливать электрический заряд. Численно электрическая емкость равна заряду q, который необходимо сообщить уединенному телу для изменения его потенциала  на единицу:

(1.40)

Единица измерения в СИ: 1 Ф = 1 Кл/В.

Электрическая емкость зависит от диэлектрической проницаемости окружающей среды, формы и размеров проводника, не зависит от проводимости вещества и его агрегатного состоянияНапример, емкость уединенного шара радиусом R. Согласно (1.26) потенциал шара.

 

31 Постоянный электрический ток.Сила и плотность тока. Закон Ома для однородного участка цепи.

 

Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц под действием сил электрического поля или сторонних сил.

За направление тока выбрано направление движения положительно заряженных частиц.

Электрический ток называют постоянным, если сила тока и его направление не меняются с течением времени.

 

Условия существования постоянного электрического тока.

 

Для существования постоянного электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц и наличие источника тока. в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля.

Источник тока - устройство, в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля. В источнике тока на заряженные частицы в замкнутой цепи действуют сторонние силы. Причины возникновения сторонних сил в различных источниках тока различны. Например в аккумуляторах и гальванических элементах сторонние силы возникают благодаря протеканию химических реакций, в генераторах электростанций они возникают  при движении проводника в магнитном поле, в фотоэлементах - при действия света на электроны в металлах и полупроводниках.

Электродвижущей силой источника тока называют отношение работы сторонних сил к величине положительного заряда, переносимого от отрицательного полюса источника тока к положительному.