Вопросы для самоподготовки

1. Вывод формулы работы по перемещению электрического заряда.

2. Потенциальная энергия и понятие потенциала электростатического поля.

3. Потенциал системы зарядов.

4. Формула, связывающая напряженность и потенциал между собой.

5. Циркуляция вектора напряженности.

6. Эквипотенциальная поверхность.

7. Теорема Остроградского-Гаусса.

8. Поток вектора напряженности.

9. Понятие линейной, поверхностной и объемной плотности заряда.

10. Применение теоремы Гаусса для различных поверхностей.

Лекция № 11 Проводники в электрическом поле. Электроемкость. Конденсаторы и их применение.

Все вещества по своим электрическим свойствам делятся на проводники, полупроводники и диэлектрики. К проводникам относятся, например, металлы. Они состоят из кристаллической решетки и свободных электронов. Кристаллическая решетка состоит из атомов или ионов, жестко закрепленных по всему объему проводника. Электроны находятся в беспорядочном хаотичном движении. Чем выше температура проводника, тем интенсивнее движение электронов.

Свободные электроны могут свободно перемещаться по всему объему проводника под действием сколь угодно малой силы. Поэтому для равновесия зарядов на проводнике необходимо выполнение следующих условий:

1. Напряженность поля всюду внутри проводника должна быть равна нулю E = 0. Это означает, что потенциал внутри проводника должен быть постоянным φ=const (из ).

2. Напряженность поля на поверхности проводника должна быть в каждой точке направлена по нормали к поверхности.

Следовательно, в случае равновесия зарядов поверхность проводника будет эквипотенциальной.

Рассмотрим распределение зарядов на поверхности проводника.

На больших расстояниях от проводника эквипотенциальные поверхности имеют форму сферы (как для точечного заряда). По мере приближения к проводнику эквипотенциальные поверхности все больше становятся сходными с поверхностью самого проводника. Вблизи выступов эквипотенциальные поверхности расположены гуще, а значит, и напряженность поля здесь больше. Следовательно, плотность зарядов выше на остриях. В результате заряд как бы стекает с острия и уносится электрическим ветром.

Проводник во внешнем электрическом поле.

На электрон будет действовать сила , то электроны будут двигаться в сторону, противоположную вектору В результате у концов проводника возникнут заряды противоположного знака, называемые индуцированными зарядами. Внутри проводника возникает электрическое поле направленное противоположно внешнему. Электроны будут перемещаться до тех пор, пока внешнее поле не уравновесится постоянно растущим внутренним, т.е. результирующее поле внутри проводника станет равным нулю.

Рис. 2.20.

Силовые линии прерываются на поверхности проводника и перпендикулярны ей. Они начинаются на положительных индуцированных зарядах, а заканчиваются на отрицательных.

Рис. 2.21.

Поверхность проводника представляет собой эквипотенциальную поверхность:

Работа по перемещению зарядов по поверхности проводника равна нулю, т. к.