60.Работа электрического поля по перемещению заряда.

Понятие работы A электрического поля E по перемещению заряда Q вводится в полном соответствии с определением механической работы:

Где — разность потенциалов (также употребляется термин напряжение)

Во многих задачах рассматривается непрерывный перенос заряда в течение некоторого времени между точками с заданной разностью потенциалов U(t), в таком случае формула для работы следует переписать следующим образом:

где сила тока.

Электростатический потенциал — скалярная энергетическая характеристика электростатического поля, характеризующая потенциальную энергию поля, которой обладает единичный заряд, помещённый в данную точку поля. Единицей измерения потенциала является, таким образом, единица измерения работы, деленная на единицу измерения заряда (для любой системы единиц; подробнее о единицах измерения — см. ниже).Электростатический потенциал равен отношению потенциальной энергии взаимодействия заряда с полем к величине этого заряда. Напряжённость электростатического поля E и потенциал связаны соотношением: ЗДЕСЬ — оператор набла, то есть в правой части равенства стоит вектор с компонентами, равными частным производным от потенциала по соответствующим координатам, взятый с противоположным знаком[1].Воспользовавшись этим соотношением и теоремой Гаусса для напряжённости поля легко увидеть, что электростатический потенциал удовлетворяет уравнению Пуассона. В единицах системы СИ:

ГДЕ — электростатический потенциал (в вольтах), — объёмная плотность заряда (в кулонах на кубический метр), а — диэлектрическая проницаемость вакуума (в фарадах на метр).

61.Энергия электрического поля. Энергия заряженного конденсатора равна работе внешних сил, которую необходимо затратить, чтобы зарядить конденсатор. Процесс зарядки конденсатора можно представить как последовательный перенос достаточно малых порций заряда Δq > 0 с одной обкладки на другую . При этом одна обкладка постепенно заряжается положительным зарядом, а другая – отрицательным. Поскольку каждая порция переносится в условиях, когда на обкладках уже имеется некоторый заряд q, а между ними существует некоторая разность потенциалов при переносе каждой порции Δq внешние силы должны совершить работу Энергия We конденсатора емкости C, заряженного зарядом Q, может быть найдена путем интегрирования этого выражения в пределах от 0 до Q:

Процесс зарядки конденсатора.

Формулу, выражающую энергию заряженного конденсатора, можно переписать в другой эквивалентной форме, если воспользоваться соотношением Q = CU.

Электрическую энергию We следует рассматривать как потенциальную энергию, запасенную в заряженном конденсаторе. Формулы для We аналогичны формулам для потенциальной энергии Ep деформированной пружины

где k – жесткость пружины, x – деформация, F = kx – внешняя сила.

ПОТЕНЦИАЛ,.1. Физическое понятие, характеризующее величину потенциальной энергии в определенной точке пространства (физ., тех.). П. силы притяжения. Разность потенциалов. 2. перен. Совокупность средств, условий, необходимых для ведения, поддержания, сохранения чего-н. (нов. полит.). П. войны (рессурсы для ведения войны). Нет теперь более актуальной и благородной задачи как для больших, так и для небольших стран, чем посильное содействие организации, укреплению и неприкосновенности всего потенциала мира. Литвинов.

62.Связь между напряженностью и потенциалом. электрическое поле характеризуется двумя физическими величинами: напряженностью (силовая характеристика) и потенциалом (энергетическая характеристика). Выясним как они связаны между собой. Пусть положительный заряд q перемещается силой электрического поля с эквипотенциальной поверхности, имеющей потенциал , на близко расположенную эквипотенциальную поверхность, имеющую потенциал .

апряженность поля Е на всем малом пути dx можно считать постоянной. Тогда работа перемещения С другой стороны Из этих уравнений получаем Знак минус обусловлен тем, что напряженность поля направлена в сторону убывания потенциала, тогда как градиент потенциала направлен в сторону возрастания потенциала.

63.Электрический диполь — идеализированная электро-нейтральная система, состоящая из точечных и равных по абсолютной величине положительного и отрицательного электрических зарядов. Другими словами, электрический диполь представляет из себя совокупность двух равных по абсолютной величине разноимённых точечных зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Произведение вектора проведённого от отрицательного заряда к положительному, на абсолютную величину зарядов называется дипольным моментом: Во внешнем электрическом поле на электрический диполь действует момент сил который стремится повернуть его так, чтобы дипольный момент развернулся вдоль направления поля. Потенциальная энергия электрического диполя в электрическом поле равна Вдали от электрического диполя напряжённость его электрического поля убывает с расстоянием . Любая в целом электро-нейтральная система, содержащая электрические заряды, в некотором приближении может рассматриваться как электрический диполь с моментом где заряд i-го элемента — его радиус-вектор. При этом дипольное приближение будет корректным, если расстояние, на котором изучается электрическое поле системы, велико по сравнению с её характерными размерами. Дипольный момент электрический, физическая величина, характеризующая электрические свойства системы заряженных частиц. Излучение электромагнитных волн, обусловленное изменением во времени Д. м. системы, называется дипольным излучением.

64.Поляризация диэлектриков — явление, связанное с поляризацией связанных зарядов в диэлектрике и поворотом электрических диполей под воздействием внешнего электрического поля. Поляризацию диэлектриков характеризует вектор электрической поляризации. Физический смысл: поляризация - это дипольный момент, который приобретают полярные молекулы, в единице объема диэлектрика. Типы поляризации. В зависимости от механизма поляризации, поляризацию диэлектриков можно подразделить на следующие типы: Электронная — смещение электронных оболочек атомов под действием внешнего электрического поля. Не связана с потерями. Ионная — смещение узлов кристаллической структуры под действием внешнего электрического поля, причем смещение на величину, меньшую, чем величина постоянной решетки. Дипольная (Ориентационная) — протекает с потерями на преодоление сил связи и внутреннего трения. Электронно-релаксационная — ориентация дефектных электронов во внешнем электрическом поле. Ионно-релаксационная — смещение ионов, слабо закрепленных в узлах кристаллической структуры, либо находящихся в междузлии. Структурная — ориентация примесей и неоднородных макроскопических включений в диэлектрике. Самый медленный тип. Самопроизвольная (спонтанная) — благодаря наличию этого типа поляризации в диэлектрике проявляются нелинейность свойств, то есть явление гистерезиса. Резонансная — ориентация частиц, собственные частоты которых совпадают с частотами внешнего электрического поля.

65.Относи́тельная диэлектрическая проницаемость среды показывает во сколько раз данный диэлектрик ослабляет созданное в нём электрическое поле. Относительная диэлектрическая проницаемость воздуха и большинства других газов в нормальных условиях близка к единице (в силу их низкой плотности). Для большинства твёрдых или жидких диэлектриков относительная диэлектрическая проницаемость лежит в диапазоне от 2 до 8. Диэлектрическая постоянная воды достаточно высока — около 80. Велики её значения для веществ с молекулами, обладающими большим электрическим диполем. Относительная диэлектрическая проницаемость сегнетоэлектриков составляет десятки и сотни тысяч.

67.Теорема Остроградского — Гаусса — утверждение интегрального исчисления функций многих переменных, устанавливающее связь между n-кратным интегралом по области и (n − 1)-кратным интегралом по её границе. Пусть V = (v1,v2,...,vn) есть векторное поле на , такое что функции vi вместе со своими частными производными интегрируемы по Лебегу в ограниченной области Ω, граница которой является объединением конечного множества кусочно гладких (n − 1)-мерных гиперповерхностей, ориентированных с помощью внешней единичной нормали ν. где есть дивергенция поля V.

Формула Остроградского — Гаусса в векторной форме имеет вид то есть интеграл от дивергенции векторного поля , распространённый по некоторому объёму T, равен потоку вектора через поверхность S, ограничивающую данный объём. Формула применяется для преобразования объёмного интеграла в интеграл по поверхности, ограничивающей данный объём, то есть замкнутых, таких как поверхность воздушного шарика, и не применима к поверхностям, таким как воздушный шар с подогревом.

68. Сообщенный проводнику заряд q распределяется по его поверхности так, чтобы напряженность поля внутри проводника была равна нулю. Если проводнику, уже несущему заряд q , сообщить еще заряд той же величины, то второй заряд должен распределиться по проводнику точно также, как и первый, в противном случае он создает в проводнике поле, не равное нулю. Таким образом, различные по величине заряды распределяются на удаленном от других тел (уединенном) проводнике подобным образом, т.е. отношение плотностей заряда в двух произвольных точках поверхности проводника при любой величине заряда будет одно и то же.

Отсюда вытекает, что потенциал уединенного проводника пропорционален находящемуся на нем заряду. Действительно, увеличение в некоторое число раз заряда приводит к увеличению в тоже число раз напряженности поля в каждой точке окружающего проводника пространства, т.е. Вводя соответствующий коэффициент пропорциональности, запишем или

где С - называется электроемкостью. Таким образом, электроемкость уединенного проводника есть физическая величина численно равная величине заряда, который необходимо сообщить данному проводнику для увеличения его потенциала на единицу. В СИ единицей емкости является Фарад (Ф).

69-70.Если необходимо увеличить общую емкость конденсаторов, то их соединяют между собой параллельно. При этом способе соединения общая площадь пластин увеличивается по сравнению с площадью пластины каждого конденсатора. Общая емкость конденсаторов, соединенных параллельно, равна сумме емкостей отдельных конденсаторов и вычисляется по формуле

Собщ=С1 + С2+С3+ •••

Вытекает, что заряд qобщ = Собщ U

а заряды q1 = С1U; q2 = С2U; q3 = С3U.

соединяют последовательно когда рабочее напряжение установки превышает напряжение, на которое рассчитана изоляция одного конденсатора.

71.Энергияи объёмная плотность энергии электрического поля. Энергия любого конденсатара определяется:

Или можно преобразовать в:

Объёмная плотность энергии поля конденсатора:

72. Постоянный ток, электрический ток, не изменяющийся с течением времени ни по силе, ни по направлению. П. т. возникает под действием постоянного напряжения и может существовать лишь в замкнутой цепи; во всех сечениях неразветвлённой цепи сила П. т. одинакова. Основные законы П. т.: Ома закон, устанавливающий зависимость силы тока от напряжения, и Джоуля — Ленца закон, определяющий количество тепла, выделяемого током в проводнике. Расчёт разветвленных цепей П. т. производится с помощью Кирхгофа правил.

В технике установками П. т. принято считать такие установки, в которых ток не меняет своего направления, но может меняться по величине.

Источниками П. т. большой мощности являются электромашинные генераторы; П. т. получают также выпрямлением переменного тока (см. Выпрямитель тока). Источниками П. т. небольшой мощности служат гальванические элементы, термоэлементы, фотоэлементы, которые могут быть сгруппированы в батареи (в т. ч. солнечные батареи), и электромашины малой мощности.

Питание устройств связи, автоматики, сигнализации и телемеханики производится П. т. Перспективно использование П. т. для передачи электроэнергии на расстояния, превышающие 1000 км (см. Передача электроэнергии). Разрабатывается проблема передачи энергии П. т. практически без потерь по сверхпроводящим (см. Сверхпроводимость) линиям.

73. ЭДС и напряжение. Благодаря движению электронов разность потенциалов выравнивается, ток прекращается. Для поддержания тока в проводнике необходимо поддерживать разность потенциалов. Для поддержания разности потенциалов требуется: возвращение зарядов из точки е с меньшим потенциалом в точку с большим.-требуется силы неэлектрического просисхождения(сторонние), например: механические, химические, теплоые и др. виды сил.

В замкнутой цепи работа по перемещению еденичного заряда будет суммой работы соронних и электрических сил. А=Аэл+Астор.

Работа по перемещению заряда.