Энергия заряженного проводника. Энергия заряженного конденсатора
План лекции
1. Проводники: определение, проводимость, распределение заряда в проводнике в отсутствие внешних электрических полей.
Напряженность поля вблизи поверхности проводника; механизм образования поля на поверхности проводника; потенциал проводника; зависимость плотности распределения заряда от кривизны поверхности проводника.
Распределение заряда по проводнику в электростатическом поле; электрическая индукция; электростатическая защита.
4. Электроёмкость. Конденсаторы.
Энергия заряженного проводника. Энергия заряженного конденсатора.
1. Внутри проводника при электростатическом равновесии электрическое поле отсутствует:


По теоремe Гаусса:
при
тогда


2. Электрическое поле возле самой поверхности проводника должно быть нормально к поверхности:
. Касательной составляющей быть не может:
. Если бы она была, электроны двигались бы, и перераспределение заряда продолжалось бы.
В случае равновесия зарядов поверхность эквипотенциальна:
.
Если взять однородно заряженную сферу и произвольную точку внутри P. Конус от P к поверхности сферы и симметричный конус:

и
- расстояния от P до элементов площадей, тогда получаем подобные треугольники:




Так как сфера заряжена равномерно, то заряд на каждой из площадок пропорционален площади данной площадки:




Выделим на поверхности проводника элемент поверхности
и построим прямой цилиндр, пересекающий эту поверхность. Применим к этому цилиндру теорему Гаусса:

- вся поверхность цилиндра;
- вся поверхность цилиндра;

Поток через верхнюю часть цилиндра равен потоку через основание цилиндра:

Напряженность поля на поверхности замкнутого проводника:

Напряженность поля заряженной плоскости:

3. Рассмотрим участок поверхности проводника
:

Напряженность поля вблизи поверхности проводника состоит из двух частей:
- создаваемое зарядами
и
- создаваемое всеми остальными зарядами поверхности:





Напряженность поля вблизи поверхности проводника направлена по нормали к поверхности и равна:

Поверхность проводников эквипотенциальна:

4. Из равенства нулю напряженности
поля внутри проводника следует, что во всех точках проводника потенциал имеет одно и тоже значение:

Потенциал проводника, считая, что точка (2) находится на бесконечности, получаем:

Ёмкостью проводника называется отношение заряда уединенного проводника к его потенциалу:
Электроёмкость Земного шара составляет:
Электроёмкость конденсатора:
- разность потенциалов между обкладками конденсатора (U – напряжение).

Напряженность поля между обкладками конденсатора:


5. 1) Энергия заряженного проводника.
Взаимная потенциальная энергия двух зарядов:

Энергия взаимодействия системы зарядов:

- потенциал, создаваемый всеми зарядами
,кроме
, в той точке, где помещается
.
Энергия заряженного проводника:

2) Энергия заряженного конденсатора.
Потенциал обкладки с





3) Энергия электрического поля:


- заряд, создающий поле;
- ёмкость проводника, создающего поле;
