13. Проводники в электростатическом поле. Распределение зарядов в проводниках. Электроемкость уединенного проводника

Электростатическое поле - эл. поле, образованное неподвижными электрическими зарядами.

Свободные электроны - электроны, способные свободно перемещаться внутри проводника (в основном в металлах) под действием эл. поля;

Свободные электроны возникают при образовании металлов: электроны с внешних оболочек атомов утрачивают связи с ядрами и начинают принадлежать всему проводнику;

- участвуют в тепловом движении 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 (Е внешнее) с образованием нового электростатического поля (Е внутр.) внутри проводника.

Внутри проводника оба поля (Е внешн. и Е внутр.) компенсируют друг друга, тогда внутри проводника

Е = 0.

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.

14. Конденсаторы. Электроемкость. Соединение конденсаторов

Электроемкостью системы из двух проводников называется физическая величина, определяемая как отношение заряда q одного из проводников к разности потенциалов Δφ между ними:

В системе СИ единица электроемкости называется фарад (Ф):

Величина электроемкости зависит от формы и размеров проводников и от свойств диэлектрика, разделяющего проводники. Существуют такие конфигурации проводников, при которых электрическое поле оказывается сосредоточенным (локализованным) лишь в некоторой области пространства. Такие системы называются конденсаторами, а проводники, составляющие конденсатор, – обкладками.

При последовательном соединении конденсаторов складываются обратные величины емкостей.

При параллельном соединении электроемкости складываются.

15. Энергия проводника и конденсатора. Энергия электростатического поля

Если уединенный проводник имеет заряд q, то вокруг него существует электрическое поле, потенциал которого на поверхности проводника равен , а емкость - С. Увеличим заряд на величину dq. При переносе заряда dq из бесконечности должна быть совершена работа равная. Но потенциал электростатического поля данного проводника в бесконечности равен нулю. Тогда

При переносе заряда dq с проводника в бесконечность такую же работу совершают силы электростатического поля. Следовательно, при увеличении заряда проводника на величину dq возрастает потенциальная энергия поля, т.е.

Проинтегрировав данное выражение, найдем потенциальную энергию электростатического поля заряженного проводника при увеличении его заряда от нуля до q:

Применяя соотношение , можно получить следующие выражения для потенциальной энергии W:

Для заряженного конденсатора разность потенциалов (напряжение) равна поэтому соотношение для полной энергии его электростатического поля имеют вид