Напряженность электрического поля внутри плоского конденсатора пропорциональна заряду конденсатора и обратно пропорциональна площади обкладки
![]()
Емкость конденсатора равна отношению заряда конденсатора к напряжению конденсатора:
![]()
и для плоского конденсатора равна
![]()
где d– расстояние между обкладками.
При параллельном соединении двух конденсаторов результирующая емкость равна их сумме,
![]()
а при последовательном определяется по формуле
или
![]()
Энергия заряженного конденсатора

3. Постоянный электрический ток
3.1. Сила тока и плотность тока
Ток в проводнике возникает вследствие движения заряженных частиц. Сила тока равна производной по времени от суммарного заряда Q(t), прошедшего через поперечное сечение проводника к моменту времени t:
![]()
Единица измерения силы тока — Ампер.
Наряду с силой тока (часто силу тока называют просто током) важное значение имеет плотность тока. Средняя по сечению плотность тока равна отношению силы тока I к площади сечения проводника S:
![]()
Однако в общем случае плотность тока может быть разной в разных точках сечения. В этом случае ток равен интегралу от плотности тока по сечению.
3.2. Вектор плотности тока
Очевидно,
что плотность тока связана со средней скоростью носителей заряда в данной точке
сечения. Скорость — векторная величина, и плотность тока также характеризуется
вектором; этот вектор является обобщением понятия плотности тока и называется
вектором плотности тока. Если в проводнике заряженные частицы имеют
концентрацию п, заряд е и среднюю скорость
,
то вектор плотности тока равен

Рис. 19
.
Выделим внутри проводника малую площадку dS (см. рис. 19). Заряд, прошедший через нее за время dt, равен
![]()
где
— угол между jи нормалью к элементу поверхности dS.
Заряд, прошедший за время dt через все поперечное сечение проводника, равен сумме dq по всем точкам сечения, т. е. равен
![]()
Поделив обе части этого выражения на dt, получим связь между током в проводнике, равным по определению dQ/dt, и абсолютной величиной плотности тока в каждой точке сечения:
![]()
С помощью этого соотношения и учитывая приведенное выше выражение для вектора плотности тока, можно вычислить ток, если известны заряд носителей, их концентрация и средняя скорость:
![]()
Данная формула имеет общий характер. Из нее следует, что сила тока зависит и от направления. В частности, сила тока равна нулю в направлении, перпендикулярном направлению движения носителей заряда (т.к. cos 90° = 0). В дальнейшем мы практически всегда будем рассматривать ток в направлении, совпадающем с направлением средней скорости носителей.
3.3. Закон Ома в дифференциальной форме.
Сила
тока в проводнике определяется средней скоростью носителей заряда. Если нет
внешнего поля, то заряженные частицы движутся хаотически и вектор средней
скорости хаотического движения носителей заряда
равен
нулю, значит равна нулю и абсолютная величина этого вектора (|
|
= 0). Но скорость каждого заряда отлична от нуля, поэтому средняя абсолютная
величина скорости электронов
не
равна нулю. При комнатной температуре она обычно составляет несколько
километров в секунду.
Важнейшими проводниками являются металлы. Их структуру можно приближенно представить как жестко связанные между собой ионы, образующие кристаллическую решетку, и движущиеся между ионами решетки электроны. В отсутствии внешнего поля электроны движутся хаотично и их средняя скорость равна нулю.
Рассчитаем, чему равна средняя скорость электронов в
поле с напряженностью Е. Обозначим эту скорость
Предположим,
что после каждого столкновения с решеткой электрон отдает ей всю энергию,
полученную от электрического поля. Начало отсчета времени выберем в момент
одного из столкновений электрона с решеткой. На электрон действует сила
![]()
(знак «минус» стоит потому, что заряд электрона е - отрицательный).
Из второго закона Ньютона
![]()
следует, что ускорение электрона равно
![]()
Поэтому скорость электрона во все моменты времени после столкновения и до следующего столкновения равна
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.