Проводники в электрическом поле

Электроемкость, электрические конденсаторы, энергия зарядов, энергия конденсаторов, энергия электрического поля

Электроемкость

Проводники это такие вещества, в которых электрические заряды приходят в движение под действием ничтожных по величине сил. Отсюда очевидно следует вывод, что электрическое поле внутри проводника равно нулю иначе на заряды внутри действовала бы сила, и они пришли бы в движение. На поверхности проводника (касательная к поверхности) составляющая электрического поля по тем же соображениям равна нулю. Однако нормальная составляющая электрического поля отлична от нуля, на заряды хоть и действуют силы, но двигаться с поверхности проводника во вне они не могут. Таким образом для напряженности электрического поля выполняются условия: внутри объема проводника Е=0 (отметим, что внутри полого проводника электрическое поле так же равно нулю. Это очень важное свойство на котором основана электростатическая защита) , на его поверхности Е_τ =0, а Е_n  0. Отсюда электрические силовые линии всегда перпендикулярны поверхности проводника.

Та к как между потенциалом электрического поля и его напряженностью существует связь:

то внутри проводника и на его поверхности  = const.

Отсутствие поле внутри проводника не означает отсутствия там зарядов. Они там могут быть, но в скомпенсированном состоянии.

Рассмотрим электрическое поле проводника произвольной формы изображенном на рисунке. Вблизи поверхности проводника напряженность электростатического поля будет близкой к напряженности заряженной плоскости E=σ/2εε₀ , где σ - поверхностная плотность электрических зарядов. Эквипотенциальные линии электрического поля вблизи поверхности повторяют ее форму, но чем дальше от нее, тем больше они сглаживаются и на бесконечности, где поле тела начинает совпадать с полем точечного заряда эквипотенциальные поверхности приближаются по форме к сферическим.

При таком положении дел густота эквипотенциальных линий вблизи острых частей тела 2 Рис. 2.1 будет выше, чем вблизи плоских частей или во впадинах 1, а так как ,

т о Е у острых частей будут выше чем у плоских или во впадинах. Таким образом, поверхностная плотность электрического заряда на острых частях заряженных тел выше, чем на плоских и тем более выше, чем во впадинах. Таким образом, заряд как бы скапливается на острых частях тел.

Р ис.2.1

Если проводник поместить во внешнее магнитное поле, то он поляризуется, но электрическое поле по прежнему остается равным нулю. Нпротивоположных сторонах проводника ориентированных вдоль электрического поля возникают противоположные по знаку электрические заряды .

Е сли проводник вынуть из области поля он снова станет электрически нейтральным (поляризация исчезает). Однако, если проводник разрезать по линии разделения зарядов, то заряд половинок тела не исчезнет даже при выключении электрического поля. В этом проводник отличается от диэлектрика.

За ряды на проводнике, как было показано, распределяются с разной поверхностной плотностью. При этом характер распределения заряда зависит только от формы проводника и не зависит от величины заряда. Это означает, что при изменении заряда проводника во столько же раз меняется и его поверхностная плотность, а следовательно и напряженность поля на поверхности и потенциал проводника.

Величина С является постоянной для каждого проводника зависящая от его геометрии и называется электроемкостью.

Потенциал уединенного проводника равен нулю, если равен нулю его заряд. Это означает, что пропорциональны не только приращения заряда и потенциала, но и сам потенциал и заряд проводника.

Если проводник не уединенный а мы имеем дело с системой проводников, то при сообщении проводнику того же количества электричества, что и уединенному его потенциал меняется на меньшую величину. Вследствие этого q/ будет больше у системы проводников чем у уединенного.

Суммируя все сказанное можно сказать:

Электроемкость зависит лишь от геометрических факторов, а именно от формы внешней поверхности проводника, от его линейных размеров, от расположения проводника относительно других проводников, а так же от одного не геометрического фактора это от диэлектрической проницаемости среды.

Электроемкость проводника численно равна количеству электричества, которое необходимо передать проводнику, чтобы его потенциал изменился на единицу.

В системе CGSE емкость измеряется в см, а в системе CИ в фарадах

1ф арада = 10¹²см

Для примера найдем электроемкость шара