5. Проводники в эл. поле. Явление электростатической индукции. Поверхностная плотность зарядов.

Проводниками называют вещества, содержащие свободные заряженные частицы, которые могут упорядоченно двигаться под действием электрического поля. Типичным примером проводника является любой металл, где электроны свободно перемещаются между узлами кристаллической решетки. Поместим незаряженный металл в однородное электростатическое поле  . Под влиянием поля свободные электроны проводника начнут перемещаться про­тив поля



В результате в данном случае левая часть проводника заря­дится отрицательно, а правая, на которой окажется недостаток электронов - поло­жительно. Это явление называется электростатической индукцией.

Электростатическая индукция — явление наведения собственного электростатического поля при действии на тело внешнего электрического поля. Явление обусловлено перераспределением зарядов внутри проводящих тел, а также поляризацией внутренних микроструктур^[1] у непроводящих тел. Внешнее электрическое поле может значительно исказиться вблизи тела с индуцированным электрическим полем.

Перераспределение зарядов в хорошо проводящих металлах при действии внешнего электрического поля происходит до тех пор, пока заряды внутри тела практически полностью не скомпенсируют внешнее электрическое поле. При этом на противоположных сторонах^[2] проводящего тела появятся противоположные наведённые (индуцированные) заряды.

Электростатической индукцией в проводниках пользуются при их заряжении. Так, если проводник заземлить и поднести к нему заряженное отрицательно тело, не касаясь им проводника, то некоторое количество отрицательных зарядов перетечёт в землю, заместившись взамен положительными. Если теперь убрать заземление, а затем и заряженное тело, проводник останется положительно заряженным. Если же сделать то же самое, не заземляя проводник, то после убирания заряженного тела индуцированные на проводнике заряды перераспределятся, и все его части вновь станут нейтральными.

Поверхностной плотностью заряда называют физическую величину, численно равную заряду единицы площади поверхности.

---

.

Её физический смысл – заряд, приходящийся на единицу площади.

6. Электроемкость. Емкость конденсаторов. Энергия конденсаторов. Плотность энергии электростатического поля.

Электроемкость

Между зарядом уединенного проводника и его потенциалом существует прямо пропорциональная зависимость

.

Коэффициент пропорциональности в этой зависимости называется электроемкостью уединенного проводника, т.е. проводника удаленного на бесконечно большое расстояние от других тел.

Электроемкость уединенного проводника- скалярная физическая величина, которая характеризует способность проводника накапливать заряды и численно равная заряду, который надо нанести на проводник, чтобы потенциал проводника стал равен единице.

 - электроемкость уединенного проводника.

Электроемкость уединенного проводника зависит от размеров и формы проводника, от диэлектрической проницаемости среды, в том месте пространства вокруг проводника, где он создает поле, но не зависит от материала проводника, его физического состояния.

Приведем формулы для вычисления электроемкости металлического шара.

Потенциал на поверхности заряженного шара относительно бесконечности определяется формулой

,

где  - заряд шара,   - его радиус,   - диэлектрической проницаемости среды, в которой находится шар. Используя определение электроемкости уединенного проводника и формулу для потенциала на поверхности шара, получаем

.

---

 - электроемкость уединенного шара.

Электроемкость системы проводников. Конденсаторы.

Уединенные проводники обычных размеров обладают очень маленькой емкостью, поэтому не могут накапливать достаточно большие заряды. Если заряженный проводник будет находиться рядом с другим заряженным проводником, то за счет явлений электростатической индукции и поляризации, поля этих заряженных тел влияют друг на друга и в результате потенциалы проводников уменьшаются, а электроемкость их увеличивается.

Взаимной электроемкостью двух проводников - скалярная физическая величина, которая характеризует способность проводников накапливать заряды и численно равная заряду, который надо нанести на один из проводников, чтобы разность потенциалов между ними стала равна единице.



Электроемкость системы проводников зависит от: а) от размеров и формы проводников, б) диэлектрической проницаемости среды, в том месте пространства, где заряды проводников создают электрическое поле, в) от их взаимного расположения и от расположения окружающих проводники тел.

Для того, чтобы емкость системы проводников не зависела от окружающих тел, надо проводники брать такой формы, чтобы поле этих заряженных тел было сосредоточено в ограниченном объеме пространства.

Система таких проводников, которые обладают большой электроемкостью и это позволяет накапливать и сохранять достаточно большие заряды, называется конденсатором. Конденсаторы в зависимости от формы проводников бывают плоскими, сферическими, цилиндрическими и др. Двум поверхностям конденсатора сообщают одинаковые по модулю, но противоположные по знаку заряды.

Электроемкость конденсатора- скалярная физическая величина, которая характеризует способность проводников накапливать заряды и численно равная модулю заряда одной из обкладок конденсатора, чтобы разность потенциалов между ними стала равна единице.



-

---

емкость плоского конденсатора, где S – площадь одной пластины конденсатора, d – расстояние между обкладками конденсатора.

Сферический конденсатор состоит из двух коаксиальных сфер. Электроемкость сферического конденсатора вычисляется по формуле:

,

где  - радиус внутренней обкладки конденсатора;  - радиус внешней обкладки конденсатора;   - диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между обкладками конденсатора.

Энергия заряженного проводника и конденсатора

Заряд, находящийся на проводнике можно рассматривать, как систему взаимодействующих между собой точечных зарядов. Такая система обладает потенциальной энергией. Потенциальной энергией, которой обладает заряженный проводник в отсутствии внешнего электрического поля, называется собственной энергией проводника. Энергия уединенного заряженного проводника может быть определена по одной из формул

,

где   - заряд проводника,   - потенциал проводника,   - электроемкость проводника.

Энергия конденсатора, т.е. системы, состоящей из двух проводников, может быть определена по следующим формулам

,

где   - величина заряда одной обкладки конденсатора, 

---

 - разность потенциалов между обкладками конденсатора,   - электроемкость конденсатора.

В случае плоского конденсатора энергия модет быть вычислена следующим образом



Энергия электрического поля

Пространственное распределение энергии характеризуется объемной плотностью энергии   - это энергия поля, приходящаяся на единицу объема. Если энергия распределена равномерно, то плотность энергии вычисляется по формуле



7. Постоянный электрический ток. Проводники и изоляторы. Условия существования тока. Закон Ома. Сторонние силы. ЭДС гальванического элемента.

Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц под действием сил электрического поля или сторонних сил. За направление тока выбрано направление движения положительно заряженных частиц. Электрический ток называют постоянным, если сила тока и его направление не меняются с течением времени.

Для существования постоянного электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц и наличие источника тока. в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля.

Проводники — это вещества с высокой электропроводностью. 

Изоляторы - этo мaтepиaлы, гдe внутpeнний зapяд лишeн вoзмoжнocти cвoбoднoгo пepeдвижeния, a знaчит, нe мoжeт пpoвoдить элeктpичecкий тoк.

Источник тока - устройство, в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля. В источнике тока на заряженные частицы в замкнутой цепи действуют сторонние силы.

Электродвижущей силой источника тока называют отношение работы сторонних сил к величине положительного заряда, переносимого от отрицательного полюса источника тока к положительному.



Закон Ома для однородного участка цепи.

---

Смотрите также файлы

• Учебники и методические пособия для студентов и преподавателей.docx

• Предмет, объект, задачи и методы психологии управления.docx

• Фыыччавпвссссвссысыс.docx

• Маълумотном а.docx

• Вовлеченность.docx