Энергия электростатического поля

Если соединить пластины заряженного конденсатора проводником, то начнется перемещение электрических зарядов, и конденсатор разрядится. Это связано с определенной работой, которую производят силы электрического поля. В результате энергии поля превратиться во внутреннюю энергию проводника – он нагревается. Подсчитаем эту работу, которая численно будет равна энергии электрического поля конденсатора W. При перемещении заряда q совершается работа , откуда

, (16.6)

Использовав (16.4), можно получить выражение для энергии электрического поля заряженного конденсатора:

, (16.7)

Энергию электрического поля конденсатора можно выразить через напряженность поля Е. Т. к. , то

, (16.8)

где - объем конденсатора.

Распределение энергии поля в пространстве характеризуется плотность энергии , где dW - энергия поля в малом объеме dV. Для однородного поля, как в плоском конденсаторе,

, (16.9)

Лекция 24	Электрический ток, его характеристика и условия существования. Обобщённый закон Ома.
	Разность потенциалов, электродвижущая сила, напряжение. Закон Джоуля – Ленца. Правила Кирхгофа.

Электрический ток

Электрический ток есть упорядоченное движение электрических зарядов – носителей тока, заряд которых будем обозначать e.В металлах и полупроводниках — это электроны, в электролитах и ионизированных газах — положительные и отрицательные ионы. Ток, возникающий в проводнике, называют током проводимости. Для его появления и осуществления необходимо, во-первых, наличие носителей тока, во-вторых, наличие в среде электрического поля, за счет которого осуществлялось бы направленное движение зарядов.

Электрический ток может быть вызван также перемещением в пространстве микроскопического заряженного тела – проводника или диэлектрика. Такой ток называют конвекционным.

За направление тока условно принимают напряжение движения положительных зарядов.

Основные свойства электрического тока следующие:

1. прохождение электрического тока во всех проводниках сопровождается выделением тепла (эффект Джоуля - Ленца);

2. прохождение тока приводит к химическим эффектам (перенос ионов в растворе или электролиз);

3. электрический ток создает магнитное поле.

Сила и плотность тока

Количественной мерой электрического тока является сила тока (i,I)- количество электричества, переносимое через сечение проводника за единицу времени:

, (17.1)

Если сила тока и его направление не меняется, то ток называют постоянным, для него .

Единица силы тока в СИ – ампер (1A), 1A=1Кл/с

Для характеристики направления тока вводят вектор плотности тока ( ) - вектор, по направлению совпадающий с движением положительных зарядов, а по величине равный заряду, прошедшему за единицу времени через единицу площади, перпендикулярную движению зарядов:

, (17.2)

Т.к. плотность заряда , а , то

(17.3)

Источники тока. Э.Д.С.

Электрический ток может существовать лишь в замкнутой цепи, в которой (Рис.17.1) можно выделить два участка: 1 а 2, где заряды движутся от большего потенциала к меньшему ( ) - такое движение может быть вызвано электрическими силами – и 2 в 1, где заряды движутся от меньшего потенциала к большему. Ясно, что такое движение зарядов может быть обеспечено силами не электрического происхождения. Такие силы получили общее название сторонних сил. Они могут быть обусловлены химическими процессами, диффузией, магнитным полем и т.д. Устройство, в котором возникают сторонние силы, называют источником тока, например, гальванические элементы. Сторонние силы характеризуются работой, которую они совершают, перемещая по цепи заряды. Величина, равная работе сторонних сил по перемещению единицы положительного заряда, называется электродвижущей силой (э.д.с.) источника тока:

(17.4)

Как видно, э.д.с. имеет такую же размерность, что и потенциал и измеряется в вольтах.

Действие сторонних сил характеризуют напряженностью поля сторонних сил , поэтому работа, совершаемая ими при перемещении заряда на участке 1-2, может быть представлена в виде , откуда

(17.5)

Если на участке цепи заряд перемещается как под действием сторонних, так и кулоновских сил, то полная работа при этом

Величина А/q, равная суммарной работе по перемещению единичного заряда, называется напряжением на данном участке цепи u. Из формул (14.6) и (17.4) следует, что

(17.6)