ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ Е 0 В состоянии равновесия

ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ Е=0 В состоянии равновесия φ = const внутри и на поверхности проводника В равновесии все точки проводника эквипотенциальны Независимо от того, заряжен ли проводник, находится ли он в электрическом поле. Поверхность проводника - эквипотенциальна. Силовые линии ортогональны поверхности проводника. Внутри проводника в равновесии заряд равен 0 Индуцированный или избыточный заряд в равновесии может находиться только на поверхности проводника. До сих

ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ Емкость уединенного проводника С – электроемкость уединенного проводника. Фарада = Кулон/Вольт При С=1 Ф заряд 1 К сообщает проводнику потенциал 1 В. Фарада – очень большая электроёмкость. Суперконденсаторы: С=1 -1000 Ф (!!)

ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ Электроемкость плоского конденсатора Конденсатор – система двух проводников (обкладок), разноименно заряженных равными по абсолютной величине зарядами. Поле, в конденсаторе сосредоточено между обкладками. 1 Плоский конденсатор: две параллельные проводящие пластины; d<< линейных размеров пластин. Поверхности обкладок – эквипотенциальны. - электроемкость конденсатора. Суперконденсаторы: d ~1 нм, S – развитая поверхность – наноматериалы - пробой 2

Электроемкость цилиндрического конденсатора Цилиндрический конденсатор: два коаксиальных проводящих цилиндра. Рассматриваем случай При R 2 > r < R 1 напряжённость поля от внешнего цилиндра Е=0 напряжённость поля от внутреннего цилиндра - линейная плотность заряда Поверхности обкладок – эквипотенциальны. 1 1 2 2

Энергия электрического поля Напоминание из механики Потенциальная энергия взаимодействия системы материальных точек Wпik – потенциальная энергия взаимодействия i-й материальной точки с k-й. - потенциальная энергия взаимодействия i-й материальной точки со всеми материальными точками в системе; – полная потенциальная энергия взаимодействия материальных точек в системе. Wпik=Wпki , в двойной сумме имеются обе эти величины.

Энергия электрического поля Потенциальная энергия взаимодействия двух точечных зарядов: Потенциальная энергия системы точечных зарядов: – потенциальная энергия взаимодействия qi с qk φik – потенциал, создаваемый qi в точке расположения qk; φk – потенциал, создаваемый в точке расположения qk всеми остальными зарядами системы.

Энергия электрического поля Энергия поля плоского конденсатора - суммарные заряды и потенциалы пластин U – разность потенциалов между обкладками Cправедливо для конденсатора любой формы. Энергия конденсатора выражается через его заряд.

Энергия электрического поля Энергия поля плоского конденсатора Энергия плоского конденсатора может быть выражена через напряжённость поля (а не только через его заряд). Поле отлично от 0 практически только между обкладками конденсатора. Однородное поле плоского конденсатора занимает объём V. Это позволяет считать, что электростатическое поле обладает энергией. Энергия однородного электростатического поля пропорциональна объёму пространства занятого полем. Соответственно, плотность энергии

Энергия электрического поля Oднородное электростатическое поле. Можно найти энергию поля, занимающего любой объём V. Неоднородное электростатическое поле. Поле можно считать однородным в пределах d. V. До сих

Электрический ток

Луи джи Гальва ни (Luigi Galvani, 1737— 1798) — итальянский врач, анатом, физиолог и физик, один из основателей электрофизиологии и учения об электричестве. ВОЛЬТА Алессандро (1745 -1827), итальянский физик и физиолог, один из основоположников учения об электричестве. Создал первый химический источник тока (1800, вольтов столб). Георг Ом (1787 — 1854) — немецкий физик. Закон Ома - 1827

Джеймс Прескотт Джоуль (1818 — 1889) — известный английский физик. Закон Джоуля-Ленца - 1841 Эмилий Христианович (Генрих Фридрих Эмиль) Ленц 1804 -1865) — знаменитый физик. , немец по рождению, работал в России.

основные законы электрического тока Электрический ток есть упорядоченное движение носителей заряда. Для существования тока необходимо наличие в среде свободных носителей заряда и сил, приводящих эти носители в упорядоченное движение. Сила, приводящая к упорядоченному движению зарядов, определяется напряжённостью Е. При E=0 имеет место лишь хаотическое движение свободных носителей заряда. E≠ 0 в проводнике? Да, Е=0 в электростатике, т. е. в равновесии. Ток – неравновесность. Направление тока - направление упорядоченного движения положительно заряженных носителей. Линии тока - траектории упорядоченного движения зарядов, в однородном проводнике совпадают по направлению с силовыми линиями напряжённости Трубка тока - поверхность, ограниченная линиями тока (рис. ).

основные законы электрического тока Пусть через некоторую поверхность S за время dt проходит заряд dq. Силой тока через поверхность S называют величину: И обратно: Плотность тока: отношение силы тока через элементарную площадку, нормальную линиям тока, к ее площади. Плотность тока – векторная величина: Сила тока - поток вектора плотности тока через поверхность S.

основные законы электрического тока Связь плотности тока с концентрацией и скоростью упорядоченного движения носителей заряда Найдём dq - элементарный заряд, протекающий за время dt через где Если есть носители обоих знаков

основные законы электрического тока Необходимые условия существования электрического тока в замкнутой цепи. Падение напряжения Электрический ток - неравновесное состояние проводника. Чтобы поддержать стационарный ток, необходим дополнительный механизм, обеспечивающий перенос положительных зарядов от «-» к «+» , т. е. против поля кулоновских сил. Необходим источник сторонних сил (сил не кулоновской природы) разделяющих заряды: химические силы, силы магнитного поля, свет и др. Источник тока – устройство, в котором действуют сторонние силы. Условия существования тока в замкнутой цепи: наличие свободных носителей заряда, наличие электрического поля, наличие источника сторонних сил.

основные законы электрического тока Необходимые условия существования электрического тока в замкнутой цепи. Падение напряжения - результирующая всех сторонних сил, действующих на свободный заряд q на участке цепи от 1 до 2, - результирующая всех кулоновских сил, ; В левой части стоит работа результирующей силы, первое слагаемое в правой части является работой сторонних сил , а второе слагаемое – работой кулоновских сил.

основные законы электрического тока Необходимые условия существования электрического тока в замкнутой цепи. Падение напряжения Величина, равная работе всех сил (кулоновских и сторонних) по перемещению заряда на участке цепи, деленной на величину заряда, называется падением напряжения на этом участке цепи: ; Величина, равная работе сторонних сил по перемещению заряда на участке цепи, деленной на величину заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС) , действующей на рассматриваемом участке цепи: В результате Участок цепи, на котором действуют сторонние силы называется неоднородным. Если , то это - однородный участок цепи