51. Проводник в электростатическом поле. Электростатическая индукция. Распределение заряда на проводнике. Электростатическая защита.
Электростатическое поле - эл.поле, образованное неподвижными электрическими зарядами. Свободные электроны - электроны, способные свободно перемещаться внутри проводника ( в основном в металлах) под действием эл. поля; образуются при образовании металлов: электроны с внешних оболочек атомов утрачивают связи с ядрами и начинают принадлежать всему проводнику;
- участвуют в тепловом жвижении и могут свободно перемещаться по всему проводнику.
Электростатическое поле внутри проводника
- внутри проводника электростатического поля нет ( Е = 0 ), что справедливо для заряженного
проводника и для незаряженного проводника, внесенного во внешнее электростатическое поле. Почему? - т.к. существует явление электростатической индукции, т.е.
явление разделения зарядов в проводнике, внесенном в электростатическое поле ( Евнешнее)
с образованием нового электростатического поля ( Евнутр.) внутри проводника.
Внутри проводника оба поля ( Евнешн. и Евнутр.) компенсируют друг друга, тогда внутри проводника Е = 0.Заряды можно разделить.
Электростатическая защита
- металл. экран, внутри которого Е = 0, т.к. весь заряд будет сосредоточен на поверхности проводника.
Электрический заряд проводников
- весь статический заряд проводника расположен на его поверхности, внутри проводника q = 0;
- справедливо для заряженных и незаряженных проводников в эл.поле.
Линии напряженности эл.поля в любой точке поверхности проводника перпендикулярны этой поверхности.
52. Электроемкость уединенного проводника и конденсатора. Емкость плоского и сферического конденсаторов.
Электроемкость уединенного проводника, имеющего заряд q и потенциал j определяется формулой:С = q/j (1.16)
Электроемкость С не зависит от Q, U, вида материала; зависит от размеров проводника и среды.
Выражается С в фарадах:
Конденсатор – система двух разноименно заряженных равными по абсолютной величине зарядами проводников. Проводники (обкладки) имеют такую форму, что поле сосредоточено в ограниченной области простр-ва.
Электроемкость конденсатора – взаимная емкость его обкладок.
Электроемкость
плоского конденсатора:
,
где
-площадь
пластин,
-расстояние
м/у обкладками.
Электроемкость
цилиндра:
,
-радиус
внешнего цилиндра,
-радиус
внутреннего цилиндра,
-длина
цилиндра.
Электроемкость
сферического конденсатора:
,
-радиусы
внешней и внутренней сферы.
При
параллельном соединении:
.
При
последоват. :
.
54. Энергия взаимодействия электрических зарядов. Энергия заряженного проводника и конденсатора. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии электрического поля.
Энергия
заряженного проводника:
,
-электроемкость
проводника.
Энергия
заряж. конденсатора:
,
-электроемкость
конденсатора.
Плотность
энергии эл. поля:
.
Энергия электростатического поля.
Энергия заряженного плоского конденсатора Eк равна работе A, которая была затрачена при его зарядке, или совершается при его разрядке.
A = CU2/2 = Q2/2С = QU/2 = Eк.
Поскольку напряжение на конденсаторе может быть рассчитано из соотношения:
U = E*d,
где E - напряженность поля между обкладками конденсатора,
d - расстояние между пластинами конденсатора,
то энергия заряженного конденсатора равна:
Eк = CU2/2 = ee0S/2d*E2*d2 = ee0S*d*E2/2 = ee0V*E2/2,
где V - объем пространства между обкладками конденсатора.
Энергия заряженного конденсатора сосредоточена в его электрическом поле.