Проводники в электростатическом поле

эквипотенциален

электростатической защиты.

Напряжённость поля вблизи поверхности заряженного проводника прямо пропорциональна поверхностной плотности зарядов.

Электроемкость уединенного проводника

Различные по величине заряды распределяются на уединённом проводнике подобным образом (отношение плотностей заряда в двух произвольных точках поверхности проводника при любом заряде будет одним и тем же).

Коэффициент пропорциональности между потенциалом и зарядом называется электроёмкостью

Ёмкость численно равна заряду, сообщение которого проводнику вызывает повышение его потенциала на единицу.

Единица электроемкости – фарад.

называют обкладками и располагают так, чтобы их поле было сосредоточено внутри конденсатора

Например, две пластинки, два коаксиальных цилиндра или две концентрические сферы, расположенные близко друг к другу.

U – напряжение между обкладками

Найдём формулу для ёмкости плоского конденсатора.

S – площадь обкладки, q – заряд конденсатора

Вследствие электростатической индукции на всех промежуточных пластинах наведутся заряды, также численно равные ±q. Следовательно, одинаковым для конденсатора является заряд q.

в той точке, где помещается заряд qi.

Энергия заряженного конденсатора

U' – мгновенное значение напряжения на обкладках конденсатора

q = C⋅U

в пространстве с постоянной объёмной плотностью энергии ω= W/V.

– значение напряжённости поля в данной точке.
Так как D = εε0⋅E, то можно записать.

придут в упорядоченное движение.
Упорядоченное движение зарядов называется электрическим током.

Сила тока есть величина, равная заряду, переносимому через поперечное сечение проводника в единицу времени.

Для протекания электрического тока необходимы два условия.
Наличие частиц, которые могут свободно перемещаться в пределах проводящей среды (носителей заряда).
Электрическое поле внутри среды.

расположенную в данной точке перпендикулярно к направлению движения носителей заряда.

Зная плотность тока можно найти ток.

Через сечение dS за время dt пройдут только те электроны, которые находятся в объёме dV = dS ⋅v⋅dt.
Тогда за dt через dS пройдёт заряд.
dq = en⋅v⋅dS⋅dt. n – концентрация электронов.

а справа – скорость убывания заряда.

ρ - объёмная плотность заряда

Представим:

Тогда:

закон сохранения заряда и показывает, что в точках, которые являются источниками тока, происходит убывание заряда.

ток.

Для кругооборота зарядов должна быть совершена работа против сил электрического поля.

Такая работа может совершаться только за счет сил, имеющих не электростатическую природу.

Силы, поддерживающие постоянный электрический ток, называются сторонними электродвижущими силами (ЭДС)

Электродвижущая сила (ЭДС) измеряется работой, совершаемой сторонними силами источника по перемещению единичного положительного заряда внутри источника от отрицательного полюса к положительному.

участке 1-2 контура на заряд q действует поле, суммарная напряженность которого равна

Величина, численно равная работе по переносу единичного положительного заряда суммарным полем кулоновских и сторонних сил на участке цепи (1–2), называется напряжением на этом участке цепи (U12).

U12 = I⋅R12

Это выражение представляет собой обобщённый закон Ома.

=R + r, где r – сопротивление источника ЭДС

Для однородного проводника

ρ – удельное сопротивление, измеряемое в Ом⋅м. l и S – длина и площадь поперечного сечения проводника.

(Ом⋅м)-1 = Сим (сименс).

Закон Ома в дифференциальной форме:

Сверхпроводимость материалов: у большой группы металлов и сплавов при температурах, близких к нулю , удельное сопротивление скачком обращается в нуль.

заряд dq = I⋅dt.

При этом силы электростатического поля и сторонние силы на этом участке совершают работу

Разделим работу на время и получим выражение для мощности.

Мощность может расходоваться на совершение работы над внешними телами, на нагрев участка проводника и т.д.

количество теплоты, выделяющейся в единице объёма в единицу времени будет равно.

Удельная тепловая мощность тока пропорциональна квадрату плотности электрического тока и удельному сопротивлению среды в данной точке.

первое правило Кирхгофа запишется в виде

Относится к узлам цепи, т.е. точкам разветвления цепи.
Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю.