1.2 Электрическое поле. Закон Кулона

Электрическое поле – это одна из сторон электромагнитного поля, обусловленная электрическими зарядами и изменением магнитного поля, оказывающая силовое воздействие на неподвижные заряды тела и частицы. Для выявления наличия и направления действия силы этого поля рассмотрим неподвижное тело с зарядом Q, в окрестности которого будем помещать пробное точечное тело с положительным зарядом q₀. В каждой точке на пробный заряд будет действовать механическая сила, величина которой определяется по закону Кулона:

(1.3)

где r - расстояние между зарядами, а ε – абсолютная диэлектрическая проницаемость среды, в которой находятся эти заряды. Для вакуума эта постоянная имеет значение и, как было отмечено ранее, носит название электрической постоянной.

1.3 Электронная теория строения металлов

Представление об электронной структуре атомов и возможность раздельного рассмотрения электрического и магнитного полей послужило основанием для классической теории строения металлов. В этой теории учитывается, что валентные электроны наружного слоя уединённого атома слабо связаны с ядром. При образовании кристаллов на электроны каждого атома действуют ядра других атомов. В этих условиях некоторые валентные электроны утрачивают постоянную связь с одним ядром и переходят от одного атома к другому. Такие электроны называют свободными. Атомы, потерявшие электроны из валентного слоя, становятся положительными ионами и располагаются в узлах кристаллической решётки, совершая тепловые колебания около положения равновесия. Общий заряд свободных электронов в кристалле равен положительному заряду ионов, поэтому кристалл остаётся электрически нейтральным.

Свободные электроны тоже участвуют в хаотическом тепловом движении, но перемещаются по всему кристаллу, образуя своеобразный электронный газ. Предполагается, что свободные электроны обладают свойствами молекул идеального газа: они не взаимодействуют на расстоянии между собой и с другими частицами металла, но при своём движении могут сталкиваться с ионами кристаллической решётки.

Электронная теория, не учитывающая связь электрического и магнитного полей, не может объяснить все электрические свойства твёрдых тел, в том числе и металлов. Однако введение понятия о свободных электронах позволяет легко объяснить электропроводность, теплопроводность и электрическое сопротивление металлов и поэтому классическая электронная теория имеет большое практическое значение.

2 Электрический ток

2.1 Электрические токи в электромагнитном поле

В электромагнитном поле могут протекать электрические токи. Под электрическим током понимают направленное (упорядоченное) движение электрических зарядов. Ток в некоторой точке поля характеризуется своей плотностью . Известны три вида тока: ток проводимости (его плотность ), ток смещения (плотностью ) и ток переноса (плотностью . Ток проводимости протекает в проводящих телах под действием электрического поля, плотность его пропорциональна напряжённости

, (2.1)

где - удельная проводимость тела, .

В металлах ток проводимости обусловлен упорядоченным движением свободных электронов, в жидкостях – движением ионов.