1.17 Связь между зарядом и потенциалом уединенного проводника. Электроемкость проводников. Конденсаторы.

Расчет емкости конденсаторов электроемкость проводников определяется зарядом, сообщение которого проводнику изменяет его потенциал на единицу. . 1Ф = 1Кл/В. Конденсатор – система из двух проводников с одинаковыми по модулю, но противоположными по знаку зарядами, форма и расположение которых таковы, что поле сосредоточено в узком зазоре между обкладками. Плоский конденсатор – две параллельные металлические пластины площадью S каждая, расположенные на расстоянии d друг от друга и имеющие заряды +Q, -Q. емкость плоского конденсатора . Емкость конденсатора – физическая величина, равная отношению заряда Q, накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов между его обкладками. .

2.18 Последовательное и параллельное соединение конденсаторов.

При параллельном соединении конденсаторов емкость батареи равна сумме емкостей отдельных конденсаторов. Суммируемые величины . Результирующая емкость . При последовательном соединении результирующая емкость всегда меньше наименьшей емкости. Суммируемые величины . Результирующая емкость . При последовательном соединении на каждый конденсатор приходится лишь часть разности потенциалов клеи батарей, что значительно снижает возможность пробоя конденсаторов.

2.19 Энергия системы неподвижных точечных зарядов. Энергия заряженного проводника и конденсатора. Энергия электрического поля. Объемная плотность энергии.

Энергия системы неподвижных точечных зарядов. , где - потенциал, создаваемый в той точке, где находится заряд , всеми зарядами, кроме i-го. Энергия заряженного проводника. Энергия заряженного проводника равна работе, которую необходимо совершить, чтобы зарядить этот проводник . Энергия заряженного конденсатора. . Энергия электростатического поля. . Объемная плотность энергии .

3.1.ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ Упорядоченное движение электрических зарядов называется электрическим током. Носителями тока могут быть электроны, а также положительные и отрицательные ионы. За направление тока условились принимать направление движения положительных зарядов, образующих этот ток.Если за время dt через поперечное сечение проводника переносится заряд dq, то сила тока i=dq/dt. (1)Ток, не изменяющийся со временем, называется постоянным. Для постоянного тока I=q / t. (2) Единицей силы тока в СИ является А - ампер. Строгое определение ампера будет дано в лекции 8, а пока 1 А = 1 Кл/ 1 с. Приборы для измерения силы тока называются амперметрами. Идеальный амперметр имеет нулевое внутреннее сопротивление. Если ток в проводнике создается как положительными, так и

отрицательными носителями зарядов одновременно, то I = . (3)Электрический ток может быть неравномерно распределен по поверхности, через которую он течет.Более детально электрический ток можно характеризовать с помощью вектора плотности тока . Он численно равен отношению тока dI через расположенную перпендикулярно направлению тока площадку dS к величине этой площадки, т. е.j = dI / dS , А/ м² (4) По направлению вектор совпадает с направлением скорости упорядоченного

движения положительных зарядов. Зная в каждой точке сечения проводника, можно найти ток I через любую поверхность S, (рис.1) I = , (5) где d = dS ; d = jdScos = j dS ; j - проекция на .

Условия: необходимо с одной стороны, наличие свободных носителей тока – заряж частиц, способных перемещаться упорядоченно, с другой – наличие Эл поля, энергия которого, каким-то образом восполняясь, расходовалась бы на их упорядоченное движение.

3 .2. ПРИРОДА НОСИТЕЛЕЙ ТОКА В МЕТАЛЛАХ И ЕЁ ОПЫТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ. ОСН ПОЛОЖ КЛАССИЧ ЭЛ ТЕОРИИ. ЭЛ ГАЗ. ПОДВИЖНОСТЬ ЭЛЕКТРОНОВ И ЕЁ СВЯЗЬ С ПЛОТНОСТЬЮ. Носители тока: если в металле имеются подвижные, слабо связанные с решеоткой носители тока, то при резком торможении проводника эти частицы по энерции смещ вперёд. Результ смещ – импульс тока; по направл можно опред знак носителей, а зная размеры и сопрот пров – их удел заряд. Знач удел зар и массы носит тока и электронов, движ в вакууме совпали. Т.о. носители Эл тока в мет – свободные электроны. Существование свободн электронов в мет объясн след-им: при образовании кристалл решётки валентные элек-ны отрываются от атомов, становясь свободными и могут перемещается по всему объёму. Т.о.в узлах решётки располаг ионы, а меж ними хаотич движ свободн электроны, образуя электронный газ, совподающ по свойствам с ИГ.

Применяя МКТ можно найти ср скорость теплового движения: <u>=(8kT/πm₀)^1/2. Оно не может привести к возникн тока. При налож внеш Эл поля на метал проводник , кроме Теплов движ возник их упорядочен, т.е. возникает Эл ток.средн скорость упоряд движ можно оценить по формулам для плотности потока: j=ne<v>. Даже приоч больших плотностях потока упоряд движ электронов, обуславливающая Эл.ток значит меньше их скорости теплового движения. Казалось это противоречит факту о распростран Эл тока со скоростью света. На это тока глюки, т.к. скорость c – распростр ЭЛМ поля вдоль проводов.

ПОЛОЖЕНИЯ: 1) <v> << <u> (см выше)

2)потность тока в метал проводнике: j=ne<v>=[(ne²<l>)/(2m<u>)]E=γE, з-н Ома, где γ=(ne²<l>)/(2m<u>).

3) з-н Джоуля-Ленца: доплнит энергия, приобрет электороном к концу свободного пробега идёт на нагревание металла. Число столкновений электрона за 1с с узлами решётки <z>=<u>/<l>. Если n –концентрация электронов, то энергия перед реш в единице объёма в ед времени, w=n<z><E_k>=(ne²<l>)/(2m<u>)E². коэфф пропорцианальности равен γ. Сам з-н Джоуля в диффер форме: w=ρj². w=jE=γE².

4) з-н Видемана-Франца. Отношение теплопроводности к удельной проводимости для всех металлов при одной и той же температуре одинаково и увелич пропорцианально температуре: λ/γ=βT, где =β3(k/e²). Классическая теория объяснила законы Ома и Джоуля-Ленца и качественно Видема-Фрнца.