Конденсатор. Емкость плоского конденсатора

Проводники в статическом поле.Напряженность поля внутри и на поверхности проводника.

Напряженность поля внутри проводника должна быть равна нулю, т.к. т.е. потенциал внутри проводника должен быть постоянным.
Напряженность поля на поверхности проводника должна быть перпендикулярна поверхности
Следовательно, поверхность проводника при равновесии зарядов является эквипотенциальной
При равновесии зарядов ни в каком месте внутри проводника не может быть избыточных зарядов – все они распределены по поверхности проводника с некоторой плотностью σ.
Рассмотрим замкнутую поверхность в форме цилиндра, образующие которого перпендикулярны поверхности проводника. На поверхности проводника расположены свободные заряды с поверхностной плотностью σ.

Т.к. внутри проводника зарядов нет, то поток через поверхность цилиндра внутри проводника равен нулю. Поток через верхнюю часть цилиндра вне проводника по теореме Гаусса равен

=> т.е. вектор электрического смещения равен поверхностной плотности свободных зарядов проводника или

10)Электрическая ёмкость. Электроемкость удельного проводника. Электроемкость проводящего шара.

Конденсатор представляет собой систему из двух проводников, разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Проводники наз. обкладками конденсатора. Если заряды пластин конденсатора одинаковы по модулю и противоположны по знаку, то под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение заряда одной из его обкладок.

Электроемкостью конденсатора называют отношение заряда конденсатора к разности потенциалов между обкладками.

12)Электроемкость последовательно и паралельно подключенных конденсаторов.

13)Энергия заряженного конденсатора. Плотность энергии электрического поля.

14) Диэлектрики. Полярные и неполярные молекулы. Поляризация диэлектриков.

Диэлектрики- вещества, не способные проводить электрический ток. Все вещества хотя бы немного проводят электрический ток.
Всякая молекула представляет собой систему с суммарным зарядом, равным нуля. Под дипольным моментом молекулы мы будем подразумевать p=q<r>
У симметричных молекул в отсутствие внешнего электрического поля центры тяжести положительных и отрицательных зарядов совпадают. Такие молекулы не обладают собственным дипольным моментом и называются неполярными. У несимметричных молекул центры тяжести зарядов разных знаков сдвинуты друг относительно друга. В этом случае молекулы обладают собственным дипольным моментом и называются полярными. Под действием внешнего электрического поля заряды в неполярной молекуле смещаются друг относительно друга: положительные по направлению поля, отрицательные против поля. В результате молекула приобретает дипольный момент, величина которого пропорциональна напряженности поля.

Под действие внешнего поля диэлектрик поляризуется. Результирующий дипольный момент становится отличным от нуля. В качестве величины, хар-щей степень поляризации, естественно взять дипольный момент единицы объема.

Р=1/∆V∑p [q]L^-2
P=Eε£
£-диэлектрическая восприимчивость

15) Электрическое поле в диэлектрике. Диэлектрическая воприимчивость. Диэлектрическая проницаемость.

В отличие от проводников, в диэлектриках (изоляторах) нет свободных электрических зарядов. Они состоят из нейтральных атомов или молекул. Заряженные частицы в нейтральном атоме связаны друг с другом и не могут перемещаться под действием электрического поля по всему объему диэлектрика.
При внесении диэлектрика во внешнее электрическое поле в нем возникает некоторое перераспределение зарядов, входящих в состав атомов или молекул. В результате такого перераспределения на поверхности диэлектрического образца появляются избыточные нескомпенсированные связанные заряды. Все заряженные частицы, образующие макроскопические связанные заряды, по-прежнему входят в состав своих атомов. Связанные заряды создают электрическое поле которое внутри диэлектрика направлено противоположно вектору напряженности внешнего поля. Этот процесс называется поляризацией диэлектрика. В результате полное электрическое поле внутри диэлектрика оказывается по модулю меньше внешнего поля.
Физическая величина, равная отношению модуля напряженности внешнего электрического поля в вакууме к модулю напряженности полного поля в однородном диэлектрике, называется диэлектрической проницаемостью вещества.

Диэлектри́ческая восприи́мчивость (или поляризу́емость) вещества — физическая величина, мера способности вещества поляризоваться под действием электрического поля. Диэлектрическая восприимчивость — коэффициент линейной связи между поляризацией диэлектрика P и внешним электрическим полем E в достаточно малых полях:

В системе СИ:

16) Электрический ток. Плотность тока. Законы Ома.

17)Сопротивление. Удельное сопротивление. Зависимость сопротивления от температуры.

Электрическое сопротивление R — физическая скалярная величина, характеризующая свойство проводника уменьшать скорость упорядоченного движения свободных носителей зарядов в проводнике. Обозначается сопротивление буквой R. В СИ единицей сопротивления проводника является ом (Ом).

1 Ом — сопротивление такого проводника, сила тока в котором равна 1 А при напряжении на нем 1 В.

Применяются и другие единицы: килоом (кОм), мегаом (МОм), миллиом (мОм): 1 кОм = 10³ Ом; 1 МОм = 10⁶ Ом; 1 мОм = 10^-3 Ом.

Удельное сопротивление проводника — скалярная физическая величина, численно равная сопротивлению однородного цилиндрического проводника, изготовленного из данного вещества и имеющего длину 1 м и площадь поперечного сечения 1 м², или сопротивлению куба с ребром 1 м. Единицей удельного сопротивления в СИ является ом-метр (Ом·м).

Удельное сопротивление металлического проводника зависит от

1. концентрации свободных электронов в проводнике;

2. интенсивности рассеивания свободных электронов на ионах кристаллической решетки, совершающих тепловые колебания;

3. интенсивности рассеивания свободных электронов на дефектах и примесях кристаллической структуры.

18) Законны киргофа. Их применения.

Для расчетов электрических цепей, используются правила Кирхгофа. В разветвленных цепях можно выделить узловые точки (узлы), в которых сходятся не менее трех проводников (см. Рис.4). Токи, втекающие в узел, принято считать положительными; токи, вытекающие из узла – отрицательными.

Рис.4.

Узел электрической цепи

В узлах цепи постоянного тока не может происходить накопление зарядов. Отсюда следует первое правило Кирхгофа:

Алгебраическая сумма сил токов для каждого узла в разветвленной цепи равна нулю:

(17)

Первое правило Кирхгофа является следствием закона сохранения электрического заряда.

В разветвленной цепи всегда можно выделить некоторое количество замкнутых путей, состоящих из однородных и неоднородных участков. Такие замкнутые пути называются контурами. На разных участках выделенного контура могут протекать различные токи. На Рис.5 представлен простой пример разветвленной цепи. Цепь содержит два узла a и d, в которых сходятся одинаковые токи; поэтому только один из узлов является независимым (a или d).

Рис.5

В цепи можно выделить три контура abcd, adef и abcdef. Из них только два являются независимыми (например, abcd и adef), так как третий не содержит никаких новых участков.

Второе правило Кирхгофа является следствием обобщенного закона Ома. Оно гласит: «алгебраическая сумма произведений сопротивления каждого из участков любого замкнутого контура разветвленной цепи постоянного тока на силу тока на этом участке равна алгебраической сумме ЭДС вдоль этого контура»

Запишем обобщенный закон Ома для участков, составляющих один из контуров цепи, изображенной на Рис.5, например, abcd. Для этого на каждом участке нужно задать положительное направление тока и положительное направление обхода контура. При записи обобщенного закона Ома для каждого из участков необходимо соблюдать определенные «правила знаков», которые поясняются на рис.6.

Рис.6

Запишем второе правило Кирхгофа для контура bcd пользуясь показанным на рисунке правилом сумм:

(18)

Для участка adef второе правило Кирхгофа дает

(19)

И последнее уравнение получается из применения первого правила Кирхгофа к узлу a (или, что то же, к узлу d):

(20)

Второе правило Кирхгофа можно сформулировать так: алгебраическая сумма произведений сопротивления каждого из участков любого замкнутого контура разветвленной цепи постоянного тока на силу тока на этом участке равна алгебраической сумме ЭДС вдоль этого контура. Из системы трех уравнений (18) – (20) можно найти три неизвестных.

19) Последовательно и параллельное соединение сопротивлений.

20) Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца.