35. Енергія зарядженого конденсатора. Густина енергії електростатичного поля.

енергія зарядженого конденсатора:

Густина енергії електричного поля:

36. Електричний струм, умови його існування. Сила струму, густина струму.

Електри́чний струм — впорядкований рух заряджених частинок у просторі. У металах це електрони, напівпровідниках - електрони та дірки, у електролітах - позитивно та негативно заряджені іони, у іонізованих газах — іони та електрони. За напрямок струму вибирають рух позитивно заряджених частинок. Таким чином, напрямок струму в металах протилежний напрямку руху електронів.

Кількісно електричний струм характеризується диференційною векторною величиною густиною струму, або у випадку струму в проводах інтегральною величиною силою струму.

Для існування електричного струму в речовині мають бути вільні заряджені частинки і створена між кінцями провідника різниця потенціалів.

Щоб струм через провідник був тривалим, цей провідник має бути замкнутим. У протилежному випадку заряди нагромаджуватимуться на кінцях провідника, відштовхуватимуть наступні однойменно заряджені частинки і струм припиниться.

Якби рухомі заряджені частинки у провіднику не взаємодіяли з іншими зарядженими частинками, після приведення їх в рух вони продовжували б його як завгодно довго. Такий струм можна спостерігати в деяких металах при дуже низьких температурах, близьких до абсолютного нуля. Опір таких металів – їх називають надпровідниками – дорівнює нулеві.

Нехай є два різнойменно заряджені тіла А і В. З’єднаємо ці тіла провідником (мал.1). Тоді позитивний заряд під дією електричного поля переміщатиметься в напрямі, вказаному стрілкою, а негативний – у протилежному напрямі, і провідником йтиме струм. Переміщення зарядів відбуватиметься лише доти, поки різниця потенціалів між тілами не дорівнюватиме нулю. Одночасно зникне і електричне поле в провіднику, яке виконувало роботу на переміщення зарядів. Після цього струм у провіднику припиниться.

Щоб струм не припинявся, треба щоб позитивні заряди, які переміщалися на тіло В з тіла А, знову повернулися на тіло А, наприклад по шляху ВА, вказаному пунктиром, тобто щоб заряди рухалися проти діючих електростатичних (кулонівських) сил. Для цього на заряди мають діяти зовнішні (сторонні) сили, спрямовані протилежно до електростатичних сил. Пристрій з двох заряджених тіл (електродів), між якими підтримується стала напруга, а внаслідок цього у провіднику, що сполучає ці тіла, діє незмінне електричне поле, називають джерелом струму. Такими джерелами струму є електрогенератори електростанцій, гальванічні елементи, акумулятори тощо.

Густина струму визначається, як величина заряду, яка протікає через одиничну площу за одиницю часу. Густина струму — векторна величина, її напрямок визначається напрямком потоку заряду. Вона позначається латинською літерою j.

Сила струму Величина називається силою струму, і відповідає кількості заряду (Δq), переміщеному через перетин провідника за час Δt.

У системі СІ сила струму вимірюється в амперах. Відповідно, густина струму вимірюється в A/м2. Якщо за кожен проміжок часу Δt заряд Δq однаковий і напрямок струму незмінний, то такий струм називають постійним.

У випадку, коли ці величини змінні, силу струму описують так: , такий струм називають змінним.

Для класичної системи заряджених частинок із зарядом e безмежно малий заряд dQ, що переноситься за час dt через елементарну площадку dS, перпендикулярну напрямку середньої швидкості v частинок визначається так: , де e — заряд частинок, v — швидкість руху частинок, а n — їх кількість в одиниці об`єму.

Сила струму dI через площадку dS визначається співвідношенням згідно з яким

— густина електричного струму, де риска над символами означає усереднення.

37. Сторонні сили. Електрорушійна сила. Напруга.

Сторо́нні си́ли — загальна назва усіх відмінних від електростатичних механізмів дії на носії заряду, що змушують їх рухатися з областей із меншою енергією в електричному полі в області з більшою енергією.

Сторонні сили необхідні для протікання струму в електричному колі. За своєю природою сторонні сили можуть бути різноманітними: в змінному магнітному полі — це магнітна індукція, в батарейках — хімічні реакції, в термопарах — тепло,в індукційному генераторі вони виникають за рахунок механічної енергії обертання ротора генератора.

Числовою характеристикою дії сторонніх сил є електрорушійна сила.

Електроруші́йна си́ла кількісна міра роботи сторонніх сил із переміщення заряду, характеристика джерела струму.

Позначається здебільшого літерою , вимірюється в системі СІ у Вольтах. Зазвичай електрорушійна сила скорочується в текстах до е.р.с.

Електрорушійна сила ділянки кола дорівнює енергії, яку отримує одиничний заряд, пройшовши цю ділянку кола.

Для замкненого кола , де f— стороння сила.

Напру́гаU1,2 на ділянці електричного кола 1-2 — фізична величина, що визначається роботою, яка виконується сумарним полем електростатичних і сторонніх сил при переміщенні одиничного позитивного заряду на даній ділянці кола. Поняття напруги є узагальненим поняттям різниці потенціалів: напруга на кінцях ділянки кола дорівнює різниці потенціалів в тому випадку, якщо на цій ділянці не прикладена електрорушійна сила.

Напруга вимірюється у вольтах.

Для вимірювання напруги використовуються прилади, які називаються вольтметрами, мілівольтметрами тощо.

В побутовій електромережі України використовується змінний струм із напругою 220 В.