Электроемкость конденсатора

Любой уединенный проводник может накапливать заряд qпропорционально своему потенциалу φ:.

С – это электроемкость проводника, численно равная величине заряда q, вызвавшей увеличение потенциала проводника φ на единицу.

Единица измерения в СИ: .

Электроемкость уединенного проводника изменяется в присутствии других проводников и диэлектриков. Устройства для накопления электрического заряда, неподверженное влиянию внешних тел, называют конденсаторами. Конденсатор представляет собой два проводника (обкладки), разделенных диэлектриком, на которых могут накапливаться заряда разных знаков. Электроемкость конденсатора определяется по формуле: и зависит только от параметров самого конденсатора – его формы, геометрических размеров и диэлектрической проницаемостидиэлектрика, находящегося между обкладками. Электроемкость плоского конденсатора:,

где ₀- электрическая постоянная вакуума,S- это площадь обкладок конденсатора,d- расстояние между обкладками.

Электроемкость шарового конденсатора радиуса R:

.

Электроемкость сферического конденсатора:

,

где R₁,R₂– радиусы внутренней и внешней обкладок.

Электроемкость цилиндрического конденсатора длиной l:

,

где R₁,R₂– радиусы внутренней и внешней обкладок.

При последовательном соединении конденсаторов (рис.3.3, а) заряд системы , разность потенциалов, а общая емкость системы конденсаторов равна:.

При параллельном соединении конденсаторов (рис.3.3, б) заряд системы , разность потенциалов, а общая емкость системы конденсаторов равна:.

Конденсатор накапливает между своими обкладками электрическую энергию

,

которая выделяется в проводнике при разрядке конденсатора.

Плотность энергии электрического поля напряженностью , созданного в среде с проницаемостью, равна:.

Постоянный электрический ток

Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц (от «+» к «-»).

Количественной характеристикой является сила тока I– это заряд, переносимый через рассматриваемую поверхность в единицу времени

.

Единица измерения в СИ: .

Плотностью тока называется вектор , совпадающий с направлением электрического тока и численно равный отношению силы токаdIчерез малый элемент поверхности, расположенной нормально направлению тока, к площадиdS_nэтого элемента:.

Если направление и сила тока не меняются с течением времени, то ток называется постоянным. Для постоянного тока справедливо соотношение: .

Кулоновские силы взаимодействия между зарядами неспособны поддерживать ток в замкнутой цепи. Для этого необходимо наличие сил неэлектростатического происхождения (сторонние силы), которые поддерживают на концах проводника постоянную разность потенциалов, совершая работу над движущимися по цепи зарядами. Физическая величина, равная работе сторонних сил А_стнад единичным положительным зарядомq, называется электродвижущая сила (ЭДС):.

Единица измерения ЭДС с СИ:.

Величина, численно равная работе электростатических и сторонних сил, совершаемой при перемещении единичного положительного заряда на участке цепи 1-2, называется напряжением U_1,2на этом участке цепи ():

.

Участок цепи, на котором не действуют сторонние силы, называется однородным. Для него был установлен закон (закон Ома): сила тока, текущего по однородному металлическому проводнику, пропорциональна напряжению U:

,

где , аR- сопротивление участка. Величина сопротивления проводника зависит от свойств металла, формы и размеров проводника

,

где l- длина проводника,S– площадь поперечного сечения, ρ – удельное электрическое сопротивление. Единица измерения в СИ:.

Зависимость удельного сопротивления проводников от температуры:

,

где ρ и ρ₀– удельные сопротивления при температуреt и 0ºС,- температурный коэффициент сопротивления.

Закон Ома для неоднородного участка цепи (на котором действуют сторонние силы):

.

Если цепь замкнута, то φ₁=φ₂, и.

При наличии в цепи нескольких проводников с разным сопротивлением R, общее сопротивление цепи рассчитывается с учетом их взаимного расположения.

При последовательном соединении проводников (рис.3.4, а) сила тока во всех проводниках одинакова , разность потенциалов, а общее сопротивление:.

При параллельном соединении проводников (рис. 3.4, б) сила тока в цепи будет находиться как сумма всех токов , разность потенциалов на каждом проводнике будет одинакова, а общее сопротивление:

.

Работа, совершаемая силами электростатического поля и сторонними силами по перемещению заряда в проводнике, находится как:

.

Мощность тока: .

Мощность, выделяемая на однородном участке цепи: .

Ток короткого замыкания:.

Коэффициент полезного действия источника с сопротивлением r:

.

Количество теплоты, выделяемое в проводнике при прохождении через него электрического тока, определяется по закону Джоуля - Ленца:

.