Электростатика проводников. Металлы в электрическом поле. Электроемкость и энергия уединенного проводника

Конденсаторы и их соединения. Энергия электростатического поля

 

Электрический ток (общие параметры, уравнение непрерывности). Закон Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме

Сила тока - скалярная физическая величина, равная отношению заряда, прошедшего через проводник, ко времени, за которое этот заряд прошел.

где I - сила тока, q - величина заряда (количество электричества), t - время прохождения заряда.

Плотность тока - векторная физическая величина, равная отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника. где j - плотность тока, S - площадь сечения проводника.

Направление вектора плотности тока совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц.

Напряжение - скалярная физическая величина, равная отношению полной работе кулоновских и сторонних сил при перемещении положительного заряда на участке к значению этого заряда. где A - полная работа сторонних и кулоновских сил, q - электрический заряд.

Электрическое сопротивление - физическая величина, характеризующая электрические свойства участка цепи.

где ρ - удельное сопротивление проводника, l - длина участка проводника, S - площадь поперечного сечения проводника.

Проводимостью называется величина, обратная сопротивлению

где G - проводимость.

Законы Ома.

Закон Ома для однородного участка цепи.

Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению при постоянном сопротивлении участка и обратно пропорциональна сопротивлению участка при постоянном напряжении.

где U - напряжение на участке, R - сопротивление участка

Закон Ома для произвольного участка цепи, содержащего источник постоянного тока. где φ₁ - φ₂ + ε = U напряжение на заданном участке цепи, R - электрическое сопротивление заданного участка цепи.

Закон Ома для полной цепи. Сила тока в полной цепи равна отношению электродвижущей силы источника к сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участка цепи где R - электрическое сопротивление внешнего участка цепи, r - электрическое сопротивление внутреннего участка цепи.

Подставив выражение для сопротивления в закон Ома, получим

где величина , обратная удельному сопротивлению, называется удельной электрической проводимостью вещества проводника. Её единица – сименс на метр (См/м).Учитывая, что - напряжённость электрического поля в проводнике, - плотность тока, формулу можно записать в виде j=γE

Закон Джоуля-Ленца в дифференциальноё форме-Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании постоянного электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину напряженности электрического поля

Выделим в проводнике элементарный цилиндрический объём dV=dSdℓ (ось цилиндра совпадает с направлением тока(рис.13., сопротивление которого . По закону Джоуля-Ленца, за время в этом объёме выделится теплота Количество теплоты, выделившееся за единицу времени в единице объёма, называется удельной тепловой мощностью тока. Она равна ω= ρ∙j² Используя дифференциальную форму закона Ома (j = γE) и соотношение , получим ω= j∙E=γ∙E²