Последовательное соединение проводников

Проводники в электрическом поле. Электроемкость уединенного проводника. Электрическое поле в диэлектриках. Диэлектрическая восприимчивость. Диэлектрическая проницаемость. Конденсатор.

Проводник в электрическом поле

Вещество или материальное тело, в котором имеются заряды, способные переносить электрический ток, называется проводником. В металлах переносчиками тока служат свободные (т.е. не привязанные к атомам) электроны, в электролитах — ионы, в плазме — и электроны, и ионы. Для электростатических явлений поле внутри проводника равно нулю:

E→ in ≡ 0.

Механизм исчезновения электрического поля в проводниках связан со смещением свободных зарядов ровно настолько, чтобы как раз компенсировать внешнее электрическое поле, если таковое имеется. При изменении внешнего поля свободные заряды в проводнике перераспределяются, а в момент перераспределения в проводнике течет ток.

Заряды, компенсирующие внешнее поле, могут размещаться только на поверхности проводника. В связи с этим говорят, что проводник квазинейтрален.

Здесь и далее n→ обозначает внешнюю нормаль к поверхности проводника.

Нормальная компонента электрического поля на поверхности проводника En = (n→, E→) однозначно связана с поверхностной плотностью зарядов. Применяя теорему Гаусса к параллелепипеду, натянутому на элемент поверхности проводника, получаем:

E→ n = 4π σ.

Обычно распределение зарядов σ по поверхности проводника неизвестно. Если нужно, его находят в результате решения задачи. Однако есть закономерность: т.к. одноименные заряды (заряды одного знака) отталкиваются, они стремятся разойтись в проводнике как можно дальше. Это приводит к накоплению зарядов на наиболее удаленных участках проводников, например на остриях. Поле вблизи острия можно приближенно представить, как поле заряженной сферы того же радиуса кривизны r. Отсюда можно оценить напряженность электрического поля и поверхностную плотность заряда 4π σ ∼ E ∼ ϕ ∕ r, гдеϕ — потенциал проводника относительно соседних тел. При этом полезно отметить, что полный заряд острия q ∼ π r2σ ∼ ϕ r все-таки составляет малую долю заряда всего проводящего телаQ ∼ ϕ R, где R — его характерный размер.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ

I - сила тока в цепи
U - напряжение на концах участка цепи
R - полное сопротивление участка цепи

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ

I - сила тока в неразветвленном участке цепи
U - напряжение на концах участка цепи
R - полное сопротивление участка цепи