Проводники в электрическом поле. Электроемкость. Конденсаторы.

В проводнике есть свободные заряды, способные двигаться под действием сил поля, а в диэлектрике свободных зарядов нет. В случаи равновесия необходимо выполнение следующих условий:

1) Напряженность поля внутри проводника должна быть равна нулю , а потенциал внутри проводника должен оставаться постоянным φ=const.

2) Напряженность поля на поверхности проводника в каждой точке должна быть направлена по нормали к его поверхности .

При внесении проводника во внешнее электрическое поле свободные заряды приходят в движение: положительные – в направлении вектора напряженности, отрицательные – в противоположном. В результате у концов проводника возникают заряды разного знака, называемые индуцированными. Поле этих зарядов направлено противоположно внешнему полю и движение зарядов в проводнике происходит до тех пор, пока напряженность поля внутри него не станет равна нулю, а линии напряженности не станут перпендикулярны его поверхности.

Сообщенный уединенному проводнику заряд распределяется по его поверхности таким образом, чтобы напряженность внутри проводника была равна нулю. Потенциал уединенного проводника пропорционален заряду, который находится на его поверхности. Коэффициент пропорциональности между зарядом и потенциалом называется электроемкостью. (1)

- электроемкость – это величина, числено равная заряду, сообщение которого проводнику повышает его потенциал на единицу. Электроемкость проводника определяется его геометрической формой и для симметричных проводников легко рассчитывается с помощью теоремы Гаусса.

Если два одинаковых проводника расположить близко друг от друга и сообщить им одинаковый по величине, но разный по знаку заряд, созданное ими поле будет локализовано между ними. Такая система проводников называется конденсатором, а проводники – обкладками конденсатора. Электроемкость конденсатора численно равна заряду, который сообщается каждой из обкладок для повышения напряжения (разности потенциалов) на единицу., (3)

где q – заряд каждой обкладки, называемый зарядом конденсатора, U – напряжение между обкладками.

Конденсатор – это система разноименно заряженных проводников, поле которых локализовано в пространстве.

С помощью формулы (3) легко рассчитать электроемкости конденсаторов различной геометрической формы и описать соединение конденсаторов.

Энергия конденсатора.

Рассмотрим конденсатор как систему зарядов, находящихся на его пластинах, тогда энергия системы зарядов равна (4)

С учетом формулы (3) выражение (4) можно записать как (4*)

Постоянный электрический ток.

Если в проводнике создать постоянное электрическое поле, свободные заряды будут двигаться под действием электростатических сил. Назовем электрическим током направленное движение заряженных частиц.

Основной характеристикой тока является скалярная величина, называемая силой тока и векторная величина, называемая плотностью тока.

Сила тока – это величина, численно равная заряду, проходящему через сечение проводника за единицу времени.

(1) - сила тока

Плотность тока – это величина, численно равная заряду, проходящему через единичное, перпендикулярное скорости зарядов, сечение проводника за единицу времени.

(2) - плотность тока.