§1.8. Энергия электростатического поля

П ри мгновенных значениях q(t) и Δφ(t)=U(t),

Полная энергия электрического поля W_эл равна работе А затраченное на зарядку конденсатора, которая при маленьких порциях dq равна

dA=U(t)^.dq=

Используя C=εε₀S/d и U=E^.d

W_эл= , где V=Sd объем электрического поля.

Плотность энергии электрического поля .

Гл.2 ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

Электрическим током (эл. ток) называется упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов.

Носителями таких зарядов являются электроны в металлах, полупроводниках и вакуумных лампах или движущиеся ионы обоих знаков в электролитах и газах.

За направление тока принято считать (так сложилось исторически) направление движения положительных зарядов. Поэтому в металлах направление тока противоположно движению зарядов (отрицательных электронов).

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I – скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени:

Ток, сила и направление которого не изменяются со временем, называется постоянным; в противном случае ток называется переменным.

Для постоянного тока .

В системе единиц СИ единица силы тока ампер (А) – основная и определяется по электромагнитным свойствам электрического тока, а из формулы устанавливается единица заряда кулон (Кл) в системе СИ. Один кулон это такое количество заряда, который проходит через сечение проводника в течении одной секунды, при постоянной силе тока один ампер.

1 Кл = 1А^.1с

В старых системах единиц (например, в СГСЭ – электростатической системе единиц или СГС) в качестве основной электрической единицы вводиться единица электрического заряда (не имеющая собственного названия) с использованием закона Кулона.

Плотность тока – это векторная величина, равная отношению силы тока dI, протекающего через площадку dS_┴ , перпендикулярную направлению движения носителей, к площади этой площадки: ее модуль

Направление – это направление средней скорости упорядоченного движения положительных носителей зарядов, а размерность равна - А^. м^-2.

, где n - концентрация носителей зарядов, а − средняя скорость их движения ( << ).

Если эл. ток обусловлен движением отрицательных зарядов, то и направлены противоположно.

При замыкании электрических цепей ток устанавливается практически мгновенно во всем проводнике за время t = ℓ/c где ℓ- длина цепи, с- скорость света, хотя средняя скорость движения электронов ( ≈ 10^–3 м/с) гораздо меньше, чем средняя скорость теплового движения электронов ( ~10⁵м/с, при Т≈300К) в нормальных условиях.

В отличие от электронной проводимости в металлах, электрический ток в электролитах (ионная проводимость) сопровождается химическими превращениями: на электродах или около них выделяются газ или вещество – часть продуктов разложения раствора электролита.

Если в токе участвуют ионов разных типов, то

I=I₁⁺+I₂⁺+I₃⁺+^…+I₁^-+I₂^-+I₃^-+^…

Для металла n_e не зависит от T.

Сила тока I в проводнике без разветвления везде постоянна и не зависит от площади поперечного сечения, материала и длины отдельных его частей, плотность же постоянного тока зависит от площади сечения проводника S.

Существование электрического тока обнаруживается по его тепловым, химическим и магнитным действиям. Современными амперметрами можно измерятьпрохождение одного электрона (10⁻¹⁸ампер). (Япония).