Физика шпоры. Закон Кулона. Закон сохранения электрического заряда. Электрический заряд характеризует способность тел или частиц к электромагнитным взаимодействиям. Еденица электрического заряда Кулон. Кулон

• Название: Закон Кулона. Закон сохранения электрического заряда. Электрический заряд характеризует способность тел или частиц к электромагнитным взаимодействиям. Еденица электрического заряда Кулон. Кулон
• Дата: 27.01.2022
• Размер: 364.74 Kb.
• Имя файла: Физика шпоры.docx
• Тип: Закон; #343684
• страница: 3 из 8

7. Электроемкость уедененного проводника. Конденсаторы. Последовательное и параллельное соединение конденсаторов

Электроемкость характеризует способность проводников или системы из нескольких проводников накапливать электрические заряды, а следовательно, и электроэнергию, которая в дальнейшем может быть использована, например, при фотосъемке (вспышка) и т.д.

Конденсаторы делают в виде двух проводников, расположенных близко друг к другу. Образующие .конденсатор проводники называют его обкладками. Чтобы внешние тела не оказывали воздействия на емкость конденсатора, обкладкам придают такую форму и так располагают их друг относительно друга, чтобы поле, создаваемое накапливаемыми на них зарядами, было полностью сосредоточено внутри конденсатора. Этому условию удовлетворяют две пластинки, расположенные близко друг к другу, два коаксиальных цилиндра и две концентрические - сферы. Соответственно бывают плоские, цилиндрические и сферические конденсаторы.

Под емкостью конденсатора понимается физическая величина, пропорциональная заряду q и обратно пропорциональная разности потенциалов между обкладками:

С=

Последовательное соединение конденсаторов. Вторая обкладка первого конденсатора образует с первой обкладкой второго единый проводник, на котором при подаче напряжения на батарею возникают индуцированные заряды такой же величины, как заряд на первой обкладке первого и второй обкладке N-го конденсатора.То же самое справедливо для второй обкладки второго конденсатора и первой обкладки третьего и т. д. Следовательно, для всех конденсаторов, включенных последовательно, характерна одинаковая величина заряда q на обкладках. Поэтому напряжение на каждом из конденсаторов

U_к = 

Сумма этих напряжений равна разности потенциалов, приложенной' к батарее:



8. Энергия электростатического поля. Объемная плотность энергии

Энергия электростатического поля - это энергия системы неподвижных точечных зарядов, энергия уединенного заряженного проводника и энергия заряженного конденсатора.

Е сли имеется система двух заряженных проводников (конденсатор), то полная энергия системы равна сумме собственных потенциальных энергий проводников и энергии их взаимодействия:



Энергия электростатического поля системы точечных зарядов равна: 

Объемная плотность энергии электростатического поля - это физическая величина, численно равная отношению потенциальной энергии поля, заключенной в элементе объема, к этому объему. Для однородного поля объемная плотность энергии равна   . Для плоского конденсатора, объем которого Sd, где S - площадь пластин, d - расстояние между пластинами, имеем



С учетом, что   и 

или

9. Постоянный электрический ток и условия его существования. Сила и плотность тока

Если в проводнике создать электрическое поле, то носители заряда придут в упорядоченное движение: положительные в направлении поля, отрицательные в противоположную сторону. Упорядоченное движение зарядов называется электрическим током.

Его принято характеризовать силой тока — скалярной величиной, равной заряду, переносимому носителями через рассматриваемую поверхность (например, через поперечное сечение проводника) в единицу времени. Если за время dt переносится заряд dq, то сила тока i по определению равна



Электрический ток может быть обусловлен движением как положительных, так и отрицательных носителей.

За направление тока принимается направление, в котором перемещаются положительные носители.

Электрический ток может быть распределен по поверхности, через которую он течет, неравномерно. Более детально электрический ток можно охарактеризовать с помощью вектора плотности тока j. Этот вектор численно равен силе тока di через расположенную в данной точке перпендикулярную к направлению движения носителей площадку  , отнесенной к величине этой площадки:

j=

За направление j принимается направление вектора скорости u+ упорядоченного движения положительных носителей.

Ток, не изменяющийся со временем, называется постоянным. Мы будем обозначать его силу буквой I, сохранив для непостоянного тока обозначение i. Очевидно, что

I=

где q — заряд, переносимый через рассматриваемую поверхность за конечное время t.

10. Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах

Ом экспериментально установил закон, согласно которому сила тока, текущего по однородному металлическому проводнику, пропорциональна падению напряжения U на проводнике:

I=

Однородным называется проводник, в котором не действуют сторонние силы.

В этом случае, как мы видели, напряжение U совпадает с разностью потенциалов  — , поддерживаемой на концах проводника. Величина R называется электрическим сопротивлением проводника. Единицей сопротивления служит ом, равный сопротивлению такого проводника, в котором при напряжении в 1 в течет ток силой в 1 а.

Величина сопротивления зависит от формы и размеров проводника, а также от свойств материала, из которого он сделан. Для однородного цилиндрического проводника

R=

где l— длина проводника, S — площадь его поперечного сечения,   — зависящий от свойств материала коэффициент, называемый удельным электрическим сопротивлением вещества.

Закон Ома можно записать в дифференциальной форме. Выделим мысленно в окрестности некоторой точки внутри проводника элементарный цилиндрический объем с образующими, параллельными вектору плотности тока j в данной точке. Через поперечное сечение цилиндра течет ток силой

закон Ома в интегральной форме для участка цепи, содержащего эдс и формулируется следующим образом: падение напряжения на участке цепи равно сумме падений электрического потенциала на этом участке и эдс всех источников электрической энергии, включённых на участке.

11. Разность потенциалов, электродвижущая сила, напряжение

Сторонние силы можно охарактеризовать работой, которую они совершают над перемещающимися по цепи зарядами. Величина, равная работе сторонних сил, отнесенной к единице положительного заряда, называется электродвижущей силой (э.

д. с.) ε, действующей в цепи или на ее участке. Следовательно, если работа сторонних сил над,зарядом q равна А, то по определению

ε

Из сопоставления формул вытекает, что размерность э. д. с. совпадает с размерностью потенциала. Поэтому ε измеряется в тех же единицах, что и  .

Стороннюю силу f_CT, действующую на заряд q, можно представить в виде

f_CT = E?q

Векторную величину Е* называют напряженностью поля сторонних сил. Работу сторонних сил над зарядом q на всем протяжении замкнутой цепи можно выразить следующим образом:

A=

Разделив эту работу на q, получим э. д. с., действующую в цепи:

ε=

Таким образом, э. д. с., действующая в замкнутой цепи, может быть определена как циркуляция вектора напряженности поля сторонних сил.

Электродвижущая сила, действующая на участке

ε₁₂=

Величина, численно равная работе, совершаемой электростатическими и сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда, называется падением напряжения или просто напряжением U на данном участке цепи. В соответствии с формулой

U₁₂= +ε₁₂

При отсутствии сторонних сил напряжение U совпадает с разностью потенциалов  .

12. Закон Джоуля-Ленца

При прохождении по проводнику тока проводник нагревается. Джоуль и независимо от него Ленц обнаружили экспериментально, что количество выделяющегося в проводнике тепла пропорционально его сопротивлению, квадрату силы тока и времени:

Q=RI²t

Если сила тока изменяется со временем, то

Q=

Соотношения выражают закон Джоуля — Ленца.

Подставляя R в омах, i в амперах, a t в секундах, Q получим в джоулях.

Закон имеет следующее объяснение. Рассмотрим однородный проводник, к которому приложено напряжение U. За время dt через каждое сечение проводника проходит заряд dq = i dt. Это равносильно тому, что заряд dq = idt переносится за время dt из одного конца проводника в другой. При этом силы поля совершают работу dA = U dq = U_i dt. Заменяя U в соответствии с законом Ома через R_i и интегрируя, получим для работы электрических сил выражение, совпадающее с выражением для Q. Таким образом, нагревание проводника происходит за счет работы, совершаемой силами поля над носителями заряда.