Электрическое поле существующее в проводящей среде действует на свободные заряды этой среды, заставляя их перемещаться. Такое направленное движение зарядов в проводящей среде называют электрическим током проводимости и обозначается как i. Математически электрический ток проводимости определяется как скорость изменения суммарного заряда проходящего через некоторую ориентированную в пространстве площадку S.
.
Отметим, что в твердых проводящих средах (металлах) свободные заряды представляют собой электроны (электронный газ), в жидких проводящих средах (электролитах) – это ионы.
В диэлектрических средах нет свободных зарядов, но есть заряды называемые связанными. В электрическом поле диэлектрик поляризуется, электронейтральные атомы становятся диполями. В переменном электрическом поле процесс переполяризации приводит к появлению перемещающихся через некоторое сечение дипольных (связанных) зарядов. Этот процесс интерпретируют как электрический ток, называемый ток электрического смещения. Несмотря на различие в физической интерпретации тока проводимости и тока электрического смещения оба эти тока являются интегральной характеристикой электрического поля и в модели электрической цепи обозначаются как i(t) независимо от своей физической сущности.
|
|
Другой интегральной характеристикой электрического поля является электрическое напряжениеu(t). Электрическое напряжение оценивает энергетическое проявление электрического поля. Это работа сил электрического поля по перемещению единичного положительного заряда из одной точки поля в другую. Математическая форма записи этого определения напряжения имеет вид:
.
Действительно, напряженность электрического поля – это сила, действующая на единичный положительный заряд, а вектор - элемент пути. Суммирование элементарных работ на всем отрезке пути от точки до точки дает напряжение. В проводящих средах напряжение это реальная работа, которую совершает электрическое поле перемещая заряд. В диэлектрических средах это потенциально возможная работа поля по перемещению свободного заряда, при возможном его появлении в диэлектрике.
Электрическое поле существующее в проводящей среде и не изменяющееся во времени обладает свойством потенциальности. Суть этого свойства поля в том, что оно может переместить заряд из одной точки среды в другую, но не способно вернуть этот заряд в начальную точку, из которой он начал перемещаться. Математически условие потенциальности записывается в виде:
|
|
Потенциальность электрического поля позволяет ввести для описания этого поля некоторую скалярную функцию называемую электрический потенциал
Это работа сил электрического поля по перемещению единичного полжительного заряда из некоторой точки М среды в точку М0, называемую точкой нулевого потенциала.
Потенциальность электрического поля позволяет сделать вывод о независимости электрического потенциала и напряжения от пути интегрирования. В связи с этим между напряжением и потенциалом устанавливается связь