Энергия системы зарядов в общем случае. Энергия заряжённого конденсатора. Выражение для энергии электростатического поля в объеме V. Плотность энергии электростатического поля.
Заряд, находящийся на некотором проводнике логично рассматривать как систему точечных зарядов. Рассмотрим систему, состоящую из двух зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Каждый из зарядов в поле другого обладает потенциальной энергией равной 
, а 
. Так как заряды неподвижны, то 
, поэтому энергия системы из двух неподвижных точечных зарядов равна 
.
Добавляя последовательно по одному заряду, получим, что энергия взаимодействия системы неподвижных зарядов равна 
, где 
- потенциал, создаваемый всеми зарядами, кроме 
, в той точке, где помещается заряд .
. Учитывая, что 
, получим 
и 
— так определяется энергия заряженного конденсатора (С—теплоёмкость; φ—разность потенциалов/напряжение между обкладками; Q—заряд)
Энергию заряженного конденсатора можно выразить через величины, характеризующие электрическое поле в зазоре между обкладками. Для плоского конденсатора 
. Подставим выражения для емкости и получим 
.
Частное 
есть напряженность поля в зазоре. а произведение 
представляет собой объем, занимаемый полем. Следовательно 
¾ формула связывающая энергию конденсатора с напряженностью поля. Если поле однородно ( что имеет место в плоском конденсаторе), заключенная в нем энергия распределяется в пространстве с постоянной плотностью 
, равной энергии поля, деленной на занимаемый полем объем. Из формулы 
следует, что плотность энергии поля напряженности Е, созданного в среде с проницаемостью ε равна 
, с учетом, что 
, получим 
|
|
|
В изотропном диэлектрике направления векторов 
и 
совпадают. Поэтому формуле для плотности энергии можно придать вид 
.[ω]=1Дж/м3.
Объемная плотность энергии поляризованного диэлектрика в той точке, где напряженность поля равна E выражается формулойωe(диэл) = ε0(ε – 1)E2 / 2. ωe(вак) + ωe(диэл) = ωe.
Постоянный электрический ток проводимости в металлах. Условия существования тока и его физические характеристики. Уравнение неразрывности.
Электрическим током называется любое упорядоченное движение электрических зарядов. В проводнике, под действием приложенного электрического поля свободные электрические заряды перемещаются: положительные — по полю, отрицательные — против поля, т.е. в проводнике возникает электрический ток, называемый током проводимости—упорядоч-е движение свободных зарядов,возникающее в пр-ке под действием эл. поля. Количественной характеристикой электрического тока служит сила тока. Сила тока— это скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени: 
..За направление тока условно принимается направление, в котором перемещаются положительные носители. Электрический ток может быть распределен по поверхности, через которую он течет, неравномерно. Для характеристики направления электрического тока в разных точках рассматриваемой поверхности и распределения силы тока по этой поверхности служит вектор плотности тока 
. Сила тока сквозь произвольную поверхность определяется как поток вектора плотности тока, т.е. 
. Вектор плотности тока — это физическая величина, численно равная силе тока, проходящей через единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока: 
. Для постоянного тока, текущего перпендикулярно сечению проводника 
.За направление вектора плотности тока принимается направление вектора скорости упорядоченного движения положительных носителей. Выразим силу тока и плотность тока через скорость упорядоченного движения носителей тока в проводнике. Пусть за время dt через поперечное сечение проводника переносится заряд 
. Следовательно сила тока 
, откуда 
,где n – концентрация носителей тока, e – элементарный заряд, а плотность тока 
.В СИ основной ед. силы тока является Ампер, а плотности тока А/м2.
|
|
|
Для возникновения и существования электрического тока необходимо наличие:
|
|
|
а) свободных носителей тока способных перемещаться упорядоченно (для металлов и полупроводников это эл-ны проводимости и дырки, в электролитах—ионы обоих знаков,в газах—ионы и эектроны);
б) электрического поля, энергия которого должна каким-то образом восполняться.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 364; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!