§ 2. Електроємність провідників Ємність відокремленого провідника.

Відокремлений провідник, тобто такий, що не взаємодіє з іншими зарядженими тілами, має потенціал  пропорційний розміщеному на ньому зарядові q і тому можна записати, що q=C. Коефіцієнт пропорційності С називають електроємністю відокремленого провідника. Електроємність С залежить від геометричної форми та розмірів провідника. Розмірність електроємності [C]=В/м=Фарад, або скорочено [С]=Ф. Наприклад, електроємність відокремленого провідника, що є сферою з радіусом R дорівнює

. (1)

З цього виразу можна визначити розмірність електричної сталої []=Ф/м. Електроємність кулі, що має радіус рівний радіусу ЗемліR_З = 6,410⁶м, дорівнює С_З = 712 Ф.

Взаємна електроємність.

Взаємна електроємність С двох різнойменно заряджених провідників із величиною заряду q визначається як С = , де₁ і ₂  потенціали провідників. Ємність С залежить від геометричної форми провідників та їх взаємного розташування.

Зауваження.Названі провідники можуть взаємодіяти з іншими зарядженими тілами, а їх електричне поле діє у навколишньому просторі.

Конденсатори

Конденсатором називається така система з двох різнойменно заряджених провідників з однаковою величиною заряду q, електростатичне поле якої зосереджується в обмеженому просторі між провідниками. Самі провідники називають обкладками конденсатора. До таких провідників можна віднести

• паралельні нескінченно великі площини  плоский конденсатор;

• коаксіальні циліндри з близькими значеннями радіусів основ  циліндричний конденсатор;

• дві сфери зі співпадаючими центрами та близькими значеннями радіусів  сферичний конденсатор.

За визначенням електроємність конденсатора є

, (2)

де  потенціали провідників, U різниця потенціалів.

Плоский конденсатор.

Плоский конденсатор утворюється двома металевими пластинами (обкладки конденсатора) площею S із відстанню d між ними, причому d<< лінійних розмірів пластин (див.Мал.3). Електростатичне поле пластин зосереджується усередині між ними. Між пластинами може розміщуватися діелектрик із діелектричною проникливістю . Електроємність плоского конденсатора становить

С = . (3)

Дійсно, напруженість поля між пластинами , різниця потенціалівU=₁ - ₂=Ed, q=S і остаточно маємо

С = =.

Постійний струм § 3. Струм, сила струму, густина струму

Струм. Електричним струмом називається впорядкований рухзаряджених частинок у речовині чи у вакуумі (електричні струми в металах, електролітах, іонізованих газах, плазмі, напівпровідниках, пучки електронів чи інших заряджених частинок у вакуумі).

Умовою виникнення струму провідності в речовині є існування вільних носіїв струму й внутрішнього електричного поля. Носіями струму в металах є вільні електрони, в газі та плазмі електрони та іони, в напівпровідникахелектрони провідності та дірки, в електролітах  іони. Струм вільних електронів металу виникає під дією зовнішнього електричного поля усередині металу. Це поле порушує рівноважний розподіл зарядів у провіднику і тому його поверхня перестає бути еквіпотенціальною. Струм у провіднику буде протікати доти, доки його поверхня не стане еквіпотенціальною, а напруженість поля усередині провідника стане рівною нулю.

Сила струму. Якщо за час dt через поперечний переріз провідника пройде заряд dq, то за визначенням величина

є сила струму.

Густина струмуза визначенням є

,

де dI  струм через переріз провідника dS_n=dScos, перпендикулярний напрямкові струму (див. Мал.4).

Для сталого в часі протікання заряду у провіднику сила струму становить

,

де q  заряд, що пройшов через переріз провідника за час t. Такий струм називають постійним.

За напрямок струму прийнято брати напрямок протилежний напряму руху електронів. Тому струм, утворений рухом, наприклад, від'ємних та додатних іонів в електролітах є сумою струмів іонів і він направлений по напрямку руху додатних іонів.