Единица разности потенциалов

  

 

Напряжение равно 1 В, если при перемещении положительного заряда в 1 Кл вдоль силовых линий поле совершает работу в 1 Дж.

7.Связь между напряженностью и потенциалом электрического поля.

Для установления связи между силовой характеристикой электрического поля -напряжённостью и его энергетической характеристикой - потенциаломрассмотрим элементарную работу сил электрического поля на бесконечно малом перемещении точечного заряда q: dA = q E dl, эта же работа равна убыли потенциальной энергии заряда q: dA = - dW_п = - q d, где d- изменение потенциала электрического поля на длине перемещения dl. Приравнивая правые части выражений, получаем: E dl = -d или в декартовой системе координат

E_x dx + E_y dy + E_z dz = -d,      (1.8)

где E_x, E_y, E_z - проекции вектора напряженности на оси системы координат. Поскольку выражение (1.8) представляет собой полный дифференциал, то для проекций вектора напряженности имеем

откуда 

 .

Стоящее в скобках выражение является градиентом потенциала j, т. е.

E = - grad = -Ñ.Напряжённость в какой-либо точке электрического поля равна градиенту потенциала в этой точке, взятому с обратным знаком. Знак «минус» указывает, что напряженность E направлена в сторону убывания потенциала.Рассмотрим электрическое поле, создаваемое положительным точечным зарядом q (рис. 1.6). Потенциал поля в точке М, положение которой определяется радиус-вектором r, равен =q / 4pe₀er. Направление радиус-вектора r совпадает с направлением вектора напряженности E, а градиент потенциала направлен в противоположную сторону. Проекция градиента на направление радиус-вектора

 .

Проекция же градиента потенциала на направление вектора t, перпендикулярного вектору r, равна

 ,

т. е. в этом направлении потенциал электрического поля является постоянной величиной (=const).В рассмотренном случае направление вектора r совпадает с направлениемсиловых линий. Обобщая полученный результат, можно утверждать, что во всех точках кривой, ортогональной к силовым линиям, потенциал электрического поля одинаков. Геометрическим местом точек с одинаковым потенциалом является эквипотенциальная поверхность, ортогональная к силовым линиям

8.Проводники в электрическом поле. Емкость проводников.

Наличие свободных электрических зарядов в проводниках можно обнаружить в следующих опытах. Установим на острие металлическую трубу. Соединив проводником трубу со стержнем электрометра, убедимся в том, что труба не имеет электрического заряда.

Наэлектризуем эбонитовую палочку и поднесем к одному концу трубы. Труба поворачивается на острие, притягиваясь к заряженной палочке. Следовательно, на том конце трубы, который расположен ближе к эбонитовой палочке, появился электрический заряд, противоположный по знаку заряду палочки. Если на одном конце трубы под действием электрического поля заряженной палочки появился положительный электрический заряд, то на другом конце в соответствии с законом сохранения электрического заряда должен появиться равный ему по абсолютному значению отрицательный электрический заряд.Явление разделения разноименных зарядов в проводнике, помещенном в электрическое поле, называется электростатической индукцией.

При внесении в электрическое поле тела из проводника свободные заряды в нем приходят в движение. Перераспределение зарядов вызывает изменение электрического поля. Движение зарядов прекращается только тогда, когда напряженность электрического поля в проводнике становится равной нулю.

Свободные заряды перестают перемещаться вдоль поверхности проводящего тела при достижении такого распределения, при котором вектор напряженности электрического поля в любой точке перпендикулярен поверхности тела. Поэтому в электрическом поле поверхность проводящего тела любой формы является эквипотенциальной поверхностью.

Независимо от геометрической формы, которую имеет источник поля (шар, цилиндр, параллельные пластины и т.д.), потенциал поля пропорционален заряду источника. Увеличивая заряд вдвое, мы увеличим вдвое и потенциал. Однако для достижения одного и того же потенциала разным телам требуется разный заряд. Отношение величины заряда уединенного проводника к его потенциалу называется электрической емкостью или просто емкостью уединенного проводника.

,

то есть ёмкость численно равна заряду, сообщение которого проводнику повышает его потенциал на единицу. Если тело имеет большую емкость, то оно может иметь большой электрический заряд при относительно небольшом потенциале. Емкость зависит только от размеров и формы проводника, а также от свойств среды, в которую помещен проводник.Единицу емкости в системе СИ называют Фарадом. Она названа так в честь Майкла Фарадея. Если при сообщении телу заряда в 1 Кл его потенциал увеличивается на 1 В, то емкость тела равна 1 Ф. Это очень большая емкость. Даже емкость Земли всего . Поэтому часто пользуются меньшими единицами емкости: 1 микрофарад (мкФ) =или 1 пикофарад (пФ) = . В системе СГС емкость выражается в сантиметрах: 1 Ф =.