2. Электрическое смещение

Напряженность электростатического поля, определяемая как ( ), зависит от свойств среды. В однородной изотропной среде напряженность поля обратно пропорциональна . Вектор напряженности , переходя через границу диэлектриков, претерпевает скачкообразное изменение, создавая тем самым неудобства при расчетах электростатических полей.

Поэтому вводят вектор электрического смещения, который для электрически изотропной среды, по определению, равен

(11.11)

Используя формулы (11.10) и (11.4), вектор электрического смещения можно выразить как

(11.12)

Единицей электрического смещения является — кулон, деленный на метр в квадрате (Кл/м²).

Вектор электрического смещения характеризует электростатическое поле, создаваемое свободными зарядами в вакууме, но при таком их распределении в пространстве, какое наблюдается при наличии диэлектрика.

3. Распределение зарядов по поверхности проводника

Если поместить проводник во внешнее электростатическое поле, то на заряды проводника будет действовать электростатическое поле, в результате чего они начнут перемещаться (рис.11.3 а,б). Перемещение зарядов (ток) продолжается до тех пор, пока не установится равновесное распределение зарядов, при котором электростатическое поле внутри проводника

(11.13)

Отсутствие поля внутри проводника означает, что потенциал во всех точках внутри проводника постоянен ( ), т. е. поверхность проводника в электростатическом поле является эквипотенциальной.

Если проводнику сообщить некоторый заряд , то некомпенсированные заряды располагаются только на поверхности проводника. Эти заряды называются индуцированными.

Напряженность поля у поверхности заряженного проводника определяется поверхностной плотностью зарядов

(11.14)

Рис. 11. 3

Явление перераспределения поверхностных зарядов на проводнике во внешнем электростатическом поле называется электростатической индукцией.

Индуцированные заряды появляются на проводнике вследствие смещения их под действием поля, т. е. является поверхностной плотностью смещенных зарядов. Поэтому электрическое смещение вблизи проводника численно равно поверхностной плотности смещенных зарядов. Поэтому вектор получил название вектора электрического смещения.

Так как в состоянии равновесия внутри проводника заряды отсутствуют, то созданные внутри него полости и заземление приведут к тому, что потенциал во всех точках полости будет нулевым, т. е. полость полностью изолирована от влияния внешних электростатических полей. На этом основана электростатическая защита — экранирование тел, например измерительных приборов, от влияния внешних электростатических полей. Вместо сплошного проводника для защиты может быть использована густая металлическая сетка.

39.

1. Электрический ток, сила и плотность тока

Электродинамика представляет собой раздел электричества, в котором рассматривается явления и процессы, обусловленные движением электрических зарядов или макроскопических заряженных тел.

Важнейшим понятием в электродинамике является электрический ток. Электрическим током называется любое упорядоченное движение электрических зарядов. В проводнике свободные электрические заряды перемещаются: положительные – по полю, а отрицательные – против поля, т. е. в проводнике возникает электрический ток, называемый током проводимости (см. рис. 12. 1а)

Конвекционный ток возникает, если упорядоченное движение электрических зарядов осуществляется перемещением в пространстве заряженного макроскопического тела (рис 12.1б).

Рис. 12. 1

Для возникновения и существования электрического тока необходимо наличие свободных носителей тока – заряженных частиц, способных перемещаться упорядоченно, и наличие электрического поля, энергия которого каким-то образом восполняясь, расходовалась

бы на их упорядоченное движение. За направление движения принимают направление движения положительных зарядов.

Сила тока служит количественной мерой электрического тока.

Сила тока - скалярная величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через сечение проводника в единицу времени

. (12.1)

Постоянным называется ток, сила которого и направление не изменяется со временем. Для постоянного тока

, (12.2)

- электрический заряд, проходящий за время через поперечное сечение проводника. Единица силы тока 1 А.

Плотность тока – физическая величина, определяемая силой тока, проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярно направлению тока

. (12.3)

Если скорость упорядоченного движения зарядов в проводнике , концентрация носителей равна и каждый носитель имеет элементарный заряд , то за время через поперечное сечение проводника переносится заряд

(12.4)

Сила тока

(12.5)

а плотность тока

. (12.6)

Единица плотности тока – ампер, деленный на метр в квадрате (А/м².)

40.