Lecture5
.pdfПроводники в электростатическом поле
Что такое проводник?
Проводниками электричества являются тела, обладающие следующим свойством: если в какой-либо точке внутри проводника напряженность электрического поля отлична от нуля, то в проводнике возникает электрический ток, т.е. движение свободных электрических зарядов.
Удельная проводимость металлов - γ>103 См/м, полупроводников - 10-5<γ<103 См/м,
диэлектриков |
- γ<10-5 См/м. |
Электрическое поле в веществе
Микроскопическое и макроскопическое поле
Понятие физически бесконечно малого объема (Лоренц)
а) физически бесконечно малый объем должен быть чрезвычайно велик по сравнению с расстояниями между атомами и молекулами вещества, т.е. по сравнению с микроскопическими неоднородностями среды и, соответственно, поля;
б) физически бесконечно малый объем должен быть мал по сравнению с макроскопическими неоднородностями поля и вещества, т.е. средние значения физических величин внутри этого элемента объема должны мало отличаться от средних значений этих величин в смежных с ним областях, другими словами, физически бесконечно малый объем должен быть малым, чтобы к нему было применимо понятие математически бесконечно малой величины.
! ! |
1 |
|
! |
|
E(r ) = |
! |
Emicro dV |
||
V |
||||
|
V |
|
Закон сохранения заряда
В изолированной системе полный электриче ский заряд, т.е. алгебраическая сумма положительного и отрицательного заряда остается постоянной.
Изменение заряда в некотором объеме может произойти только в результате втекания или вытекания этого заряда через поверхность, ограничивающую этот объем.
! |
|
|
|
|
|
! ! |
! |
|
! |
|
|
dQ |
|||
# |
! dV = |
# |
j dS |
j = |
dI |
n |
|
I = |
|||||||
|
|
|
|
||||||||||||
!t |
|
|
|
" |
|
|
|
|
dS |
|
|
dt |
|||
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
|
|||||
! |
|
|
|
|
!! |
|
|
! |
! |
|
! |
|
|||
# |
! dV = |
# |
|
dV |
# |
j dS = |
# |
divj dV |
|||||||
|
|
||||||||||||||
!t |
|
|
|
|
!t |
" |
|
|
|
V |
|
|
|||
|
|
|
|
S |
|
|
|
|
|
!! |
! |
|
+ divj = 0 |
||
!t |
||
|
Закон Ома (1827 г.)
|
|
|
|
|
|
|
|
I = |
1 |
|
(!(x + !x ) !(x )) |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
R |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
!x |
|
1 |
|
!x |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
R = |
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
!S |
# !S |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
!(x + !x ) !(x ) |
|
= |
1 |
|
!x |
jx !S |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
# !S |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
jx = # |
|
!(x + !x ) !(x ) |
|
|
!x # 0 |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
!x |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
j |
= γE |
|
|
jx = # |
|
!(x ) |
= # |
!(x ) |
|
= # E x |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t = 0 |
|
!(0) ! 0 |
|
|
|
|
!! |
! |
|
|
+ divj = 0 |
||
!t |
|||
|
|
|
!! |
! |
!! |
|
|
! |
|
|
+ divE = |
+ |
|
= 0 |
|||
!t |
|
#0 |
|||||
|
|
!t |
|
. |
!(t ) = !(0)exp(! |
|
t ) = !(0)exp(! |
t |
) |
||||||||
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
#0 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
! = |
0 |
= |
8.85!10 12 F m |
# 10 |
19 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
s |
|
|||||
|
|
# |
6 !107 S m |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Явление электрической индукции
Явление перераспределения зарядов на поверхности проводника при помещении его во внешнее электрическое поле называется электрической индукцией.
Электрическое поле вблизи поверхности проводника
2 n
|
|
|
|
|
h |
|
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
! E dS |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
S |
|
|
|
|
|
! E dS = ! E dS + ! E dS + |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
2 |
|
|
|
3 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
" |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
! E dS = ! E dS = En |
S |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
En!S = |
!!S |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
! |
|
! |
! |
|
|
En |
= |
! |
|
E# = 0 |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
E = |
|
|
n |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0
Каков вклад зарядов на поверхности проводника и зарядов вне проводника в напряженность поля вблизи поверхности проводника?
Ε1 Ε2
S Α
Ε11 Ε22
! ! !
Eout = E1 + E2
E2 = E22
Ein = E22 + E11 = 0
E22 = !E11
|
|
|
E1 = E2 |
|||
! |
! |
|
! |
! |
||
= 2E1 |
= 2E2 = |
|
|
n |
||
0 |
||||||
|
|
|
|
|
! |
! |
Eout |
|
! |
2 |
! |
Сила действующая на проводник в |
f = ! E2 = ! |
= |
|
n |
|||
|
|
|
|||||
электрическом поле |
|
|
2 2 0 |
|
Поверхностная плотность зарядов на искривленных поверхностях проводников
|
Β |
|
Ε22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|