Геометрическое место точек электростатического поля, имеющих одинаковый потенциал, называют эквипотенциальной поверхностью

Если известно распределение потенциала эл. поля, то можно найти и напряженность этого поля в каждой точке. dA=qEdr. dA=-qdφ, где E - проекция вектора напряженности на направление r.

Потенциал электростатического поля убывает обратно пропорционально первой степени расстояния от заряда: U=(1*1*q)/(4п*з*з₀*r)

4.6. Диэлектрик – вещество, в кот. отсутствуют свободные заряды или в кот. затруднено перемещение зарядов. Они бывают твердые, жидкие, газообразные.Дипольный момент молекулы характеризует эл. свойства молекулы: μ=∑_iq_ir_i, где q – заряды составляющих молекул частиц, r – их радиус-векторы относительно произвольно выбранного начала координат. Если «центры тяжести» + и – зарядов совпадают, то дипольный момент такой системы =0. Такие молекулы – неполярные.Неполярные диэлектрики – вещества, молекулы кот. в отсутствие внешнего эл. поля не имеют эл. дипольного момента. Полярные диэлектрики – вещества, молекулы кот. в отсутствие внешнего эл. поля обладают определенным электрическим дипольным моментом. Поляризация – процесс, связанный с созданием в диэлектрике под действием эл. поля преимущественного направления индуцированных и собственных эл. диполей. Коэфф. поляризуемости β молекул диэлектрика определяется величиной индуцированных зарядов и внутримолекулярным взаимодействием этих зарядов.

Диэлектрическая восприимчивость – величина, характ. способность единицы объема вещества поляризоваться, т.е. изменять свою поляризацию под действием внешнего эл. Поля E0: χ_e=dP/dE. Поляризация полярных диэлектриков во внешнем эл. поле происходит в результате преимущественной ориентации эл. диполей отдельных молекул по направлению вектора E0.

4.7.По некоторым свойствам кристаллы диэлектриков принципиально не отличаются от веществ, не имеющих кристаллического строения. Однако, ряд свойств кристаллических диэлектриков отличаются от свойств твердых веществ аморфного строения. Анизотропия – зависимость равновесных физических свойств от направления. Диэлектрические свойства некоторых диэлектриков зависят от направления поля относительно осей кристалла – такие диэлектрики анизотропные. Изотропные диэлектрики – при одинаковом значении эл. поля эл. индукция и вектор поляризации одинаковы во всех направлениях (не зависят от направления). Сегнетоэлектрики – кристаллические полярные диэлектрики, кот. в определенном интервале температур в отсутствие внешнего эл. поля спонтанно поляризованы.

Пьезоэлектрик – вещество, обнаруживающее явление пьезоэлектричества.Пьезоэлектричество – возникновение разности потенциалов при поляризации диэлектрика под действием механических напряжений. Пироэлектрики – кристаллические диэлектрики, на поверхности кот. при изменении температуры возникают электрические заряды. Электреты – диэлектрики, обладающие свойством длительное время сохранять эл. поляризацию после снятия внешнего эл. поля, вызвавшего поляризацию, и создающие эл. поле в окружающем пространстве. Термоэлектреты – получены при нагревании, а затем охлаждении диэлектрика в сильном эл. поле. Фотоэлектреты – получены при освещении в сильном эл. поле.

4.8.Проводник – вещество, хорошо проводящее эл. ток. Проводниками являются металлы и сплавы (первого рода), электролиты (второго рода), ионизированные газы и плазма (эл. нейтральное состояние вещества). Согласно классической теории электропроводности электропроводность металлов обусловлена присутствием свободных носителей заряда в металле.В классической электронной теории электроны проводимости в металлах рассматривают как электронный газ, подобный идеальному атомному газу. Согласно теории металлов Друде, металл состоит из свободных электронов и тяжелых положительных ионов, расположенных в узлах кристаллической решетки, кот. можно считать неподвижными. В отсутствие электрического поля скорости электронов в металле направлены совершенно хаотично. При наличии электрического поля в металле скорости всех электронов получают изменение и возникает эл. ток.

4.9.Электроемкость – характеристика проводящего тела, мера его способности накапливать электрический заряд. Численно равняется заряду, который повышает его потенциал на единицу. С=const=q/φ=R/k₀. Единица электроемкости в СИ – фарад=1Кл*В^-1. Емкость проводника в однородной изотропной среде с диэл. проницаемостью: C=R*з/k₀. Конденсатор – устройство, предназначенное для получения нужных величин эл. емкости и способное накапливать и отдавать эл. заряды. Конденсатор состоит из двух проводящих тек, разделенных диэлектриком, толщина кот. мала по сравнению с размерами проводников.

Емкость конденсатора – физич. величина, равная отношению заряда q, накопленного в конденсаторе, к разности потециалов между его обкладками: C=q/Δφ. Емкость конденсатора зависит от его размеров, формы и от свойств среды, находящейся между его обкладками. Например емкость плоского конденсатора пропорциональна площади его пластин, обратно пропорциональна расстоянию между пластинами и определяется диэлектрической проницаемость вещества, находящегося между пластинами: С=ε*ε₀*S/d. Размерность абсолютной диэлектрической проницаемости в СИ: ε0=Cd/εS отсюда Ф*м^-1. При параллельном соединении конденсаторов их электроемкости суммируются, т.е. суммарная емкость увеличивается: Собщ=∑С. При последовательном – суммируются величины, обратные их емкостям т.е. суммарная емкость уменьшается:1/Собщ=1/∑С.

4.10. Электрический ток – направленное движение носителей эл. зарядов. Условие существования: наличие свободных носителей заряда.Носители заряда – заряженные частицы, обусловливающие прохождение эл. тока через данное вещество. Постоянный ток – эл. ток, не изменяющийся во времени ни по силе, ни по направлению. Переменный ток – эл. ток, периодически изменяющийся по силе и направлению. Направление тока – направление движения + зарядов. Линии тока – линии, вдоль кот. движутся заряженные частицы. Плотность тока – векторная величина, определяющая количество эл. зарядов, проходящее в единицу времени в определенном направлении через единицу площади проводника: j=pv, ρ – объемная плотность зарядов, v – скорость движения зарядов.Направление вектора j совпадает с направлением вектора Е. Сила тока – количество электричества, протекающего за единицу времени через сечение S проводника: I=∫jdS. Сила тока в каком-либо проводнике равна величине заряда, проходящего в единицу времени через полное сечение проводника. Единица силы тока в СИ – ампер, плотность тока – А*м^-2. В СГСМ сила тока – био. Удельная проводимость – величина, количественно характеризующая способность вещества пропускать эл. ток под действием эл. поля: σ=l/(R*S), где R – сопротивление проводника, l – длина проводника, S – площадь сечения. Удельное эл. сопротивление – характеризует материал проводника: p=1/σ. Опыт Рике: если бы при эл. токе происходило движение ионов, то эл. ток металлах должен был бы обязательно сопровождаться преносом вещества. Но за год опыта с 3 металлическими (Cu-Al-Cu) цилиндрами Рике не получил никаких результатов по проникновению металлов друг в друга. Опыт Стюарта-Толмена: катушка с большим числом витков тонкой медной проволоки приводится в быстрое вращение вокруг своей оси. Концы обмотки присоеденены к гальванометру. После раскручивания до 1500 об/мин она резко тормозилась с отрицательным ускорением. При торможении возникал кратковременный ток, что объяснялось движением – частиц. Было определено отношение заряда к массе носителей заряда. Электроразведка – комплекс геофизических методов разведки, основанных на различии в эл. проводимости горных пород и руд.

4.11. Закон Ома: I=GU, где G – коэфф. пропорциональности.Эл. сопротивление – физ. величина, характеризующая противодействие проводника или эл. цепи эл. току. Эл. сопротивление определяется, как коэфф. пропорциональности между разностью потенциалов и силой тока в законе Ома. Закон Ома в интегральной форме: IR=∫E_ldl, устанавливает связь между силой тока и напряжением: I=U/R. Закон Ома в дифф. форме: dI=jdS=Δφ/R=Edl/(pdl/dS), j=E/p=σE, где σ – удельная проводимость, устанавливает лин. связь между плотностью тока и напряженностью эл. поля в проводнике.Закон Джоуля-Ленца:Q=I²Rt, если участок цепи – неподвижный, однородный проводник, где Q – количество теплоты, выделяющейся в единицу времени на участке эл. цепи с сопротивлением R при протекании по нему постоянного тока I. Закон Джоуля-Ленца в дифф. форме: в единице объема проводника энергия равняется: w_e=dW/dV=σE² и называется объемной энергией. ЭДС – физ. величина, характеризующая действие сторонних сил в источниках постоянного переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС = работе этих сил по перемещению единичного + заряда вдоль всего контура. Источники тока – устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую. Источник тока представляет для тока определенное сопротивление, называемое внутренним сопротивлением r. Закон Ома для замкнутой цепи: I=E/(r+R), где Е – электродвижущая сила источника тока, r – внутреннее сопротивление источника тока, R сопротивление проводника.

4.12. Электрический ток в электролитах – направленное движение ионов под действием эл. поля.Электролит – жидкое или твердое вещество, в кот. в заметной концентрации присутствуют заряженные частицы, обуславливающие прохождение через него эл. тока. В электролитах под действием эл. поля наблюдается ионная проводимость. В процессе переноса зарядов расходуется растворенное вещество, а на электродах выделяются химические продукты. Электропроводность электролитов определяется концентрацией, зарядовым числом и подвижностью свободных ионов. Электролиз – совокупность электрохимических процессов на электродах, погруженных в электролит, в результате кот. вещества в составе электролита выделяются в свободном виде.

Первый закон Фарадея: масса вещества, выделившегося на каком-либо из электродов, пропорциональна величине заряда, прошедшего через электролит: m=KQ=KeZN=KIt, где К – электрохимический эквивалент вещества, численно равный массе вещества, выделившегося на электроде, при прохождении через электролит единицы количества электричества. Второй закон Фарадея: K=(1*A)/(F*Z), где F=eN_A – постоянная Фарадея, А=mN – атомная масса вещества, Z – валентность. Объединенный закон Фарадея для электролиза: m=AQ/ZF.

4.13. Зависимость величины эл. тока между двумя электродами в вакууме от потенциала анода – закон Богуславского-Ленгмюра: при малых напряжениях между эмиттером (катодом) и анодом плотность тока моноэнергетических электронов описывается законом трех вторых: j~U^3/2, где j – плотность тока, U – напряжение. Электровакуумные приборы – приборы, в кот. перенос тока осуществляется электронами или ионами, движущимися между электродами через высокий вакуум или газ (электронные лампы, приемно-усилительные лампы). Электровакуумная лампа, содержащая два электрода: один – в виде проволоки из тугоплавкого материала, нагреваемой током, и другой – холодный электрод, собирающей термоэлектроны, называется электровакуумным диодом. Трехэлектродная лампа – триод (для радиосвязи).

4.14.При нормальных условиях газы состоят из электрически нейтральных атомов и молекул, и не проводят электричества. Газ становится проводником, когда некоторую часть молекул ионизируют. Газовым разрядом называют прохождение эл. тока через газы. Если газовый разряд происходит только при вызывающем и поддерживающем ионизацию внешнем воздействии, то это несамостоятельный газовый разряд. Разряд в газе, продолжающийся и после прекращения действия внешнего ионизатора, называется самостоятельным. Первое правило Кирхгофа: алгебраическая сумма сил токов на участках цепи, сходящихся в любой точке разветвления, равна нулю: ∑I=0. Второе правило Кирхгофа: для любого контура сумма всех падений напряжений равна сумме всех электродвижущих сил в этом контуре: ∑IR=∑E_k.Принцип компенсации ЭДС: чтобы произошла компенсация, необходимо два условия: 1) ЭДС элемента 1 должна быть больше ЭДС элемента 2; 2) к точке А реохода элементы 1 и 2 должны быть подключены одинаковыми полюсами.