
- •1 Електростатика
- •1.1 Електричний заряд. Закон збереження заряду. Електричне поле. Електростатичне поле
- •1.2 Закон Кулона
- •1.3 Напруженість. Силові лінії та їх властивості
- •1.4 Теорема Гауса
- •- Це теорема Гауса
- •1.6.2 Еквіпотенціальні лінії та поверхні. Зв’язок між потенціалом і напруженістю поля
- •1.6.3 Диполь. Поле диполя
- •1.7 Поле в діелектриках та провідниках
- •1.7.1 Електричне поле в діелектрику. Поляризація діелектриків. Вектор поляризації. Діелектрична проникність та сприйнятливість
- •1.7.2 Електричне поле в провідниках. Електростатичні екрани
- •1.7.3 Ємність провідника. Конденсатори. Паралельне та послідовне сполучення конденсаторів
- •1.7.4 Енергія конденсатора. Густина енергії електростатичного поля. Відмінність електростатичного поля від інших електричних полів
- •2 Постійній електричний струм
- •2.1 Електричний струм
- •2.1.1 Сила струму. Густина струму. Їх одиниці вимірювання
- •2.1.2 Сторонні сили. Електрорушійна сила та її одиниці
- •2.2 Закон Ома в диференціальній та інтегральній формах
- •2.3 Закон Джоуля-Ленца в інтегральній та диференціальній формах
- •2.4 Електронна теорія провідності (класична)
- •2.5 Явище надпровідності
- •2.6 Закон Відемана-Франца
- •2.7 Закон Джоуля-Ленца (згідно електронної теорії провідності)
- •2.8 Робота виходу. Явище термоелектронної емісії. Формула Річардсона-Дешмана
- •2.8.1 Термоелектронна емісія
- •2.8.2 Струм в вакуумі. Діоди та тріоди
- •2.9 Провідність газів
- •2.9.1 Електричний розряд в газах
- •2.9.2 Види розрядів в газах
- •2.10 Плазма та її застосування
- •2.11 Катодні та анодні промені та їх властивості
- •2.12 Контактна різниця потенціалів. Закони Вольти
- •2.13 Термоелектричні явища
- •2.13.1 Термое.Р.С. (ефект Зеєбека)
- •2.13.2 Ефект Пельтьє
- •2.13.3 Застосування термоелектричних явищ
- •3 Електромагнетизм
- •3.1 Магнітне поле. Магнітна індукція. Напруженість магнітного поля як характеристики магнітних полів
- •3.2 Закон Ампера. Сила Ампера. Сила Лоренца
- •3.3 Ефект Холла
- •3.7 Закон повного струму (випадок стаціонарного струму)
- •3.8 Магнітне поле нескінченно довгої котушки (соленоїда)
- •3.9 Робота по переміщенню провідника із струмом в магнітному полі
- •3.10 Явище електромагнітної індукції
- •3.10.1 Правило Ленца
- •3.10.2 Пояснення явища електромагнітної індукції для провідника із струмом, що рухається в магнітному полі
- •3.10.3 Пояснення явища електромагнітної індукції в рухомому провіднику
- •3.11 Самоіндукція. Явище самоіндукції. Індуктивність, одиниці її вимірювання
- •3.12 Взаємоіндукція. Використання явища електромагнітної індукції. Струми Фуко
- •3.13 Енергія магнітного поля
- •3.14 Магнітні властивості речовини
- •3.14.1 Магнетики. Магнітна проникність, магнітна сприйнятливість, намагніченість магнетиків
- •3.14.2 Гіромагнітне відношення. Природа діа-, пара-, феромагнетизму
- •3.15 Електричні коливання. Змінний електричний струм
- •3.15.1 Коливальний контур. Формула Томсона для ідеального коливального контура
- •3.16 Змінний струм. Умова квазістаціонарності. Основні характеристики змінного струму
- •3.17 Закон Ома для змінного струму
- •3.18 Екстраструми (струми замикання і розмикання кола)
- •3.19 Струми зміщення
- •3.20 Досліди Ейхенвальда (струм поляризації)
- •4 Електромагнітні хвилі
- •4.1 Рівняння Максвелла
- •4.2 Рівняння електромагнітних хвиль
- •4.3 Властивості електромагнітних хвиль
- •4.4 Густина енергії електромагнітної хвилі. Густина потоку енергії електромагнітної хвилі. Вектор Пойнтінга
- •4.5 Досліди Герца. Шкала електромагнітних хвиль
- •Програмні питання
1.7.2 Електричне поле в провідниках. Електростатичні екрани
Екрани застосовуються для захисту мікросхем від зовнішніх впливів, в радіоприймачах, комп’ютерах, телевізорах.
Потенціал всіх точок провідника, що знаходиться в електростатичному полі, – однаковий.
1.7.3 Ємність провідника. Конденсатори. Паралельне та послідовне сполучення конденсаторів
Потенціал пов’язаний із зарядом провідника
тобто певному наданому заряду відповідає певний потенціал провідника. Коефіцієнт пропорційності
С – ємність відокремленого провідника.
Ємність – це фізична величина, яка дорівнює відношенню заряду, що знаходиться на провіднику до його потенціалу. Ємність також чисельно рівна заряду, який треба надати провіднику, щоб змінити його потенціал на одиницю.
[C]=1 Ф=1 В/Кл
1 пФ=10-12 Ф, 1 нФ=10-9 Ф, 1 мкФ=10-6 Ф.
Ємність ізольованих провідників залежить від їх геометричних розмірів та форми провідників.
Конденсатор – це система, що складається з двох ізольованих провідників, між якими як правило, знаходиться діелектрик, причому поле зосереджене між провідниками.
де 1 і 2 – потенціали відповідно 1 і 2 пластини.
Пластини конденсатора заряджені різнойменно.
Для плоского конденсатора:
,
Конденсатори застосовують для двох основних типів задач.
накопичення енергії;
як елементи фільтрів електронних схем.
Послідовне включення:
Паралельне включення:
1.7.4 Енергія конденсатора. Густина енергії електростатичного поля. Відмінність електростатичного поля від інших електричних полів
Відомо, що
При наданні провіднику з потенціалом заряда величиною dq виконується робота:
,
We – енергія конденсатора при виконанні роботи А по зарядці конденсатора.
Після підстановки отримаємо
.
Величина U – напруга. Для електростатичного поля, коли відсутні сторонні сили:
.
При розв’язку задач зустрічаютьсяся такі записи енергії конденсатора:
;
;
Зробимо перетворення, щоб виразити енергію зарядженого конденсатора через величини, що характеризують поле між його обкладками
,
V – об’єм, що зайнятий полем в зазорі між обкладками конденсатора (V=Sd).
За
визначенням
- об’ємна
густина енергії електростатичного
поля. Звідси
.
Але
,
значить
,
D
– вектор електростатичної індукції
(вектор зміщення).
В електростатиці неможливо розділити заряди і електричне поле і визначити можливість існування електричного поля самого по собі, окремо від зарядів.
В більш загальному випадку – змінного електромагнітного поля, - можна говорити про існування такого поля, незалежно від зарядів, що його породжують. При цьому виявляється нероздільність електричної і магнітної складової такого єдиного електромагнітного поля.
Після заміни D
її значенням
,
можна записати:
.
Перший доданок співпадає з густиною енергії поля напруженістю Е у вакуумі.
Другий – це енергія, що витрачається на поляризацію одиниці об’єму діелектрика.