3 .3. Емкость при параллельном и последовательном соединении конденсаторов.

Емкость батареи параллельно соединенных конденсаторов равна сумме емкостей всех конденсаторов .

При последовательном соединении складываются обратные величины их емкостей .

3.4. Энергия заряженного уединенного проводника, конденсатора и системы точечных зарядов.

Сообщение заряда проводнику связано с совершением работы по преодолению сил кулоновского отталкивания. Эта работа идет на увеличение электрической энергии проводника. Элементарная работа dA по перенесению малого заряда dq из бесконечности на уединенный проводник равна / Работа по сообщению проводнику потенциала равна . Энергия проводника равна .

Аналогичное выражение получается для конденсатора: .

Для системы точечных зарядов: , где - потенциал i-го проводника в поле остальных зарядов.

3.5. Энергия электростатического поля.

Энергия электростатического поля плоского конденсатора: , где - разность потенциалов между пластинами, - объем конденсатора.

Объемная плотность энергии электростатического поля – энергия электростатического поля в единице объема: .

4. Постоянный электрический ток.

4.1. Характеристики электрического тока. Условие существования тока проводимости.

Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц. Электрический ток, возникающий в проводящих средах в результате упорядоченного движения свободных зарядов под действием электрического поля, созданного в этих средах, называется током проводимости. В металлах носители тока свободные электроны, в электролитах — отрицательные и положительные ионы, в полупроводниках — электроны и дырки, в газах — ионы и электроны.

Направлением электрического тока считается направление упорядоченного движения положительных электрических зарядов. Но в действительности в металлических проводниках ток осуществляется упорядоченным движением электронов, которые движутся в направлении, противоположном направлению тока.

Силой тока называется скалярная физическая величина, равная отношению заряда dq, переносимого через рассматриваемую поверхность за малый промежуток времени, к величине этого промежутка: .

Электрический ток называется постоянным, если сила тока и его направление не меняются во времени. Для постоянного тока .

В соответствии с классической электронной теорией сила тока , где е — заряд электрона, — концентрация свободных электронов в проводнике, — скорость направленного движения электронов, S — площадь поперечного сечения проводника. Единица силы тока в СИ — ампер: 1 А = 1 Кл/с — сила тока, при которой в 1с через сечение проводника проходит заряд 1Кл.

Направление электрического тока в различных точках рассматриваемой поверхности и распределение силы тока по этой поверхности определяются плотностью тока.

Вектор плотности тока направлен противоположно направлению движения электронов — носителей тока в металлах и численно равен отношению силы тока через малый элемент поверхности, нормальный к направлению движения заряженных частиц, к величине dS площади этого элемента: .

Сила тока через произвольную поверхность S: , где — проекция вектора j на направление нормали.

Для однородного проводника .

Электрический ток возникает под действием электрического поля. При этом равновесное (электростатическое) распределение зарядов в проводнике нарушается, а его поверхность и объем перестают быть эквипотенциальными. Внутри проводника появляется электрическое поле, а касательная составляющая напряженности электрического поля у поверхности проводника . Электрический ток в проводнике продолжается до тех пор, пока все точки проводника не станут эквипотенциальными. Для того чтобы ток был постоянным во времени, необходимо, чтобы за одинаковые промежутки времени через единицу поверхности протекал одинаковый заряд, т.е. напряженность электрического поля во всех точках проводника, по которому идет этот ток, сохранялась неизменной. Поэтому заряды не должны накапливаться или убывать где-либо в про­воднике, по которому идет постоянный ток. В противном случае изменялось бы электрическое поле этих зарядов. Указанное условие означает, что цепь постоянного тока должна быть замкнутой, а сила тока — одинаковой во всех поперечных сечениях цепи.

Для поддержания тока необходим источник электрической энергии — устройство, в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического тока.

Если в проводнике создать электрическое поле и не принять мер для его поддержания, то очень быстро поле внутри проводника исчезнет и ток прекратится. Для поддержания тока необходимо осуществить круговорот зарядов, при котором они двигались бы по замкнутому пути. Циркуляция вектора электростатического поля равна нулю, поэтому наряду с участками, в которых положительные заряды движутся вдоль силовых линий электрического поля, должны иметься участки, на которых перенос зарядов происходит против сил электрического поля. Перемещение зарядов на этих участках возможно с помощью сил неэлектрического происхождения, т.е. сторонних сил.