8. Энергия электрического поля.

Мерой энергии заряженного проводника может служить работа, которую нужно совершить, чтобы сообщить проводнику заряд q и потенциал φ.

Собственной энергией заряженного проводника называется потенциальная энергия взаимодействия зарядов, находящихся на проводнике: .

Для системы п заряженных проводников полная энергия состоит из суммы собственных энергий проводников и энергии их взаимодействия:

,

где q_i – заряд i-го проводника, (φ_i – потенциал i-го проводника, создаваемый всеми зарядами, кроме q_i в точке, где находится данный источник с зарядом q_i..

Энергия заряженного конденсатора:

где – разность потенциалов между обкладками конден­сатора.

Энергия электрического поля распределена по всему пространству, где имеется электрическое поле.

Объемная плотность энергии электрического поля (w) численно равна энергии электрического поля (W), заключенной в единице объема: ,

где V - объем пространства.

Для однородного электрического поля ( ) энергия поля равна ;

объемная плотность энергии: .

Законы постоянного тока

Электрический ток. Условия существования электрического тока. Сила тока. Закон Ома для полной цепи. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца.

1. Электрический ток. Условия существования электрического тока. Сила тока.

Электрический ток – направленное движение заряженных частиц.

За направление электрического тока в цепи принимают направление движения положительно заряженных частиц от большего потенциала к меньшему (от «+» источника тока к «-»).

Условия существования электрического тока:

• наличие электрического поля;

• наличие свободных зарядов.

Электрический ток оказывает на проводник действия:

• тепловое (проводник нагревается);

• химическое (изменяется химический состав проводника);

• магнитное (проводник оказывает силовое действие на соседние токи и намагниченные тела).

Сила тока – скалярная физическая величина, характеризующая скорость движения зарядов через поперечное сечение проводника.

Сила тока равна отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения:

.

В SI за единицу измерения силы электрического тока принимают один ампер (1А): если два неподвижных, невесомых, прямых, бесконечно длинных проводника, расположенные в вакууме на расстоянии 1м друг от друга, взаимодействуют с силами на каждый метр длины, то по ним текут токи по 1А.

Электрическое сопротивление – скалярная физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать прохождению электрического тока.

,

где l – длина активной части проводника, S – площадь поперечного сечения.

В SI за единицу измерения сопротивления принимают один ом (1 Ом): 1Ом это сопротивление проводника, в котором при напряжении на концах проводника в 1 В возникает ток силой 1 А.

У дельное сопротивление проводника ρ – скалярная физическая величина, численно равная сопротивлению проводника в форме куба с ребром 1м, если ток течет перпендикулярно противоположным граням.

В SI .

Закон Ома для участка цепи: сила тока на участке цепи, не содержащем ЭДС, прямо пропорциональна напряжению на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

.

В ольт-амперная характеристика (ВАХ) – графическая зависимость силы электрического тока от напряжения.

Закон Ома для полной цепи.

Н а внешнем участке электрической цепи (R) электрические заряды движутся под действием электрического поля, создаваемого источником тока.

На внутреннем участке цепи (сопротивлением r) в самом источнике тока работу по перемещению зарядов выполняют сторонние силы, имеющие не электрическую природу.

Электродвижущая сила (ЭДС) – скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил по перемещению заряда.

ЭДС численно равна отношению работы сторонних сил по перемещению заряда к величине этого заряда:

.

В SI .

Считая, что по закону сохранения энергии вся энергия, выделившаяся в цепи в виде тепла, равна работе сторонних сил в источнике тока, с учетом закона Джоуля-Ленца, получим:

или ,

где U – напряжение во внешней цепи.

Закон Ома для полной цепи: – сила тока в цепи, содержащей ЭДС, прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.