на главную   

ГОТОВИМСЯ К УРОКУ

Кинематика

Динамика

МКТ

Термодинамика 

Электростатика

Электрический ток

Электрический ток в средах

Магнитное поле Электромагнитная индукция

Оптика

Методы познания

электростатика                                                       немного о физике:   

Электродинамика раздел физики, изучающий законы взаимодействия электрических зарядов и действия на них электромагнитных полей. 

Электростатика - раздел электродинамики, изучающий взаимодействие покоящихся электрических зарядов и действия на них электромагнитных полей. 

 

 

В процессе познания природы человек обнаружил, что не все явления можно объяснить с помощью законов механики и молекулярно-кинетической теории.

Было замечено, что некоторые тела (янтарь, стекло, смола и др.), испытавшие трение, начинают притягивать к себе более мелкие тела. Изучение этого явления показало, что оно вызвано появлением на телах электрического заряда.

Тело, обладающее свойством притягивать к себе легкие тела, благодаря наличию на нем электрического заряда, называют наэлектризованным. Явление возникновения зарядов на телах называют электризацией.

Опыты по взаимодействию наэлектризованных тел показали, что в природе проявляются только два вида взаимодействия: притяжение и отталкивание.

 Поэтому можно сделать вывод, что в природе существует только два рода зарядов, которые условно названы положительный и отрицательный. Принято, что стеклянная палочка, потертая о шелк, приобретает положительный заряд, а эбонитовая палочка, потертая о шерсть – отрицательный заряд.

 

Получить заряды на телах можно следующими способами:

1.

В состав всех тел входят атомы, которые состоят из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Электроны в атомах одних веществ удерживаются сильнее, в атомах  других - слабее. При соприкосновении  тел электроны, удерживаемые слабо,  переходят на поверхность другого тела, перенося с собой свой отрицательный заряд  – 1,6 ×10-19 Кл. Поэтому тело с избытком электронов стает отрицательно заряженным, а тело с недостатком электронов – положительно заряженным.

 Натирание тел позволяет увеличить площадь соприкосновения, что способствует переходу большего количества электронов, а, следовательно, получению больших по модулю зарядов тел.

2.

При соприкосновении незаряженного тела с заряженным происходит перераспределение заряда. При этом оба тела будут иметь одинаковые по знаку заряды.

Так,  при соприкосновении нейтрального тела с отрицательно заряженным телом происходит переход определенной доли избыточных электронов с отрицательно заряженного тела на первоначально нейтральное тело.  Поэтому при таком соприкосновении оба тела будут иметь отрицательные заряды.

Если происходит соприкосновение нейтрального тела с положительно заряженным телом, то электроны с нейтрального тела переходят на положительно заряженное тело, частично компенсируя его заряд. При этом на первоначально нейтральном теле появляется недостаток электронов, что определяет получение им положительного заряда.

 

3.

Под воздействием световых лучей электроны могут покидать атомы, унося с собой отрицательный заряд. Следовательно, в составе тел появляется не скомпенсированный положительный заряд, и  тела  стают положительно заряжены.

 

Что называют электрическим зарядом?

Электрический заряд – физическая величина, определяющая интенсивность электромагнитных взаимодействий.

Принято электрический заряд  обозначать Q  или q.

Модуль заряда тела определяется по формуле:

 Q= n e

 где е = 1,6 × 10-19Кл - элементарный заряд, n-количество избыточных (недостающих) электронов.

 

 

 

Закон сохранения электрического заряда.

 

Т.к. электризация  обусловлена только переходом электронов, а, следовательно, переходом  соответствующего отрицательного заряда с одного тела на  другое, то можно утверждать:

внутри изолированной системы при любых взаимодействиях алгебраическая сумма электрических зарядов остается постоянной.

q1 + q2 + q3 + qn = const

 

Систему называют изолированной или замкнутой, если в нее не вводятся или из нее не выводятся электрические заряды.

 

 

Как взаимодействуют заряженные тела?

 

Мы можем наблюдать, что заряженные тела взаимодействуют  (притягиваются или отталкиваются), находясь на некотором расстоянии друг от друга.

Взаимодействие неподвижных зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга, осуществляется посредством электрического поля, порожденного зарядами. Это взаимодействие происходит не мгновенно, а распространяется в вакууме со скоростью с

Закон Кулона:

Сила  взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами.

 

где  ε0 = 8,854 ∙ 10 -12 Кл2 /(Н м2) - электрическая постоянная,  k = 9 ∙ 109 Нм2/ Кл2 .

 

 

Электростатическое поле и его характеристики.

 

Электрический заряд, помещенный в некоторую точку пространства, изменяет свойства данного пространства. То есть заряд порождает вокруг себя электрическое поле.

Электростатическое  поле - вид материи, существующий вокруг неподвижный заряженных тел.

Электростатическое поле не изменяется во времени.

Оно действует на заряд, помещенный в какую-либо его точку.

 

Силовой характеристикой электрического поля является напряженность.

Напряженностью электрического поля в данной точке  называется векторная физическая величина, численно равная  силе, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля.

где - напряженность электрического поля,

 - сила, действующая со стороны электрического поля на пробный заряд .

 

За единицу измерения напряженности электрического поля в системе СИ  принимают

Если на пробный заряд, действуют силы со стороны нескольких  зарядов, то эти силы по принципу суперпозиции сил независимы, и результирующая этих сил равна векторной сумме сил. Поэтому можно сформулировать принцип суперпозиции (наложения) электрических полей.

 

Напряженность электрического поля системы зарядов в данной точке пространства  равна векторной сумме напряженностей электрических полей, создаваемых в данной точке пространства, каждым зарядом системы в отдельности:

.

 

Электрическое поле удобно представлять графически  с помощью силовых линий.

Силовыми линиями (линиями напряженности электрического поля) называют такие линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением вектора напряженности в данной точке.

Силовые линии начинаются на положительном заряде и заканчиваются на отрицательном.

Густота линий напряженности характеризует напряженность поля (чем плотнее располагаются линии, тем поле сильнее).

Силовые линии электростатических полей точечных зарядов.

Электростатическое поле точечного заряда неоднородно ( ближе к заряду поле  сильнее).

 

 

 

Силовые линии электростатических полей бесконечных равномерно заряженных плоскостей.

Электростатическое поле бесконечных равномерно заряженных плоскостей однородно .

Электрическое поле, напряженность во всех точках которого одинакова, называется однородным.

 

 

 

 

 

Силовые линии электростатических полей двух точечных зарядов.

 

 

 

 

Число силовых линий, пронизывающих некоторую площадку, площадью S, и перпендикулярных ей, определяет поток вектора напряженности электрического поля.

Поток вектора напряженности сквозь площадку площадью S равен:

где Еn - проекция вектора напряженности на нормаль к площадке.

Теорема Остроградского-Гаусса: поток вектора напряженности электрического поля в вакууме сквозь любую замкнутую поверхность равен отношению алгебраической суммы зарядов, заключенных внутри этой поверхности, к значению электрической постоянной

 

 

 

Потенциал - энергетическая характеристика электрического поля.

Потенциал - скалярная физическая величина,  равная отношению потенциальной энергии, которой облает электрический заряд в данной точке электрического поля, к величине этого заряда.

Потенциал показывает какой потенциальной энергией будет обладать  единичный положительный заряд, помещенный в данную точку электрического поля.

где - потенциал в данной точке поля,  - потенциальная энергия заряда в данной точке поля.

За единицу измерения потенциала в системе СИ принимают 

(1В = 1Дж/Кл )

За единицу потенциала принимают потенциал в такой точке, для перемещения в которую из бесконечности  электрического заряда 1 Кл, требуется совершить работу, равную 1 Дж.

 

Рассматривая электрическое поле, созданное системой зарядов, следует для определения потенциала поля использовать принцип суперпозиции:

Потенциал электрического поля системы зарядов в данной точке пространства  равен алгебраической сумме потенциалов электрических полей, создаваемых в данной точке пространства, каждым зарядом системы в отдельности:

Воображаемая поверхность, во всех точках которой потенциал принимает одинаковые значения, называется эквипотенциальной поверхностью. При перемещении электрического заряда  от точки к точке вдоль эквипотенциальной поверхности энергия его не меняется.

Эквипотенциальных поверхностей для заданного электростатического поля  может быть построено бесконечное множество.

Вектор напряженности в каждой точке поля всегда перпендикулярен к эквипотенциальной поверхности, проведенной через данную точку поля.

Вектор напряженности в данной точке поля всегда направлен в область уменьшения потенциала.

 

 

Примеры электрических полей.

1. Электрическое поле точечного заряда.

Напряженность  и потенциал поля точечного заряда в данной точке электрического поля равны:

                              

где q - значение заряда, ε - диэлектричеcкая постоянная, r - расстояние от заряда до точки поля, в которой определяются напряженность и потенциал.

Эквипотенциальные поверхности и силовые линии электростатических полей точечных зарядов.

 

2. Электрическое поле бесконечной равномерно  заряженной плоскости.

Напряженность электрического поля равна:

     

где σ - поверхностная плотность заряда

 q - значение заряда, s - площадь поверхности плоскости, ε - диэлектрическая постоянная.

 

Эквипотенциальные поверхности и силовые линии электростатических полей бесконечных равномерно заряженных плоскостей.

 

 

3. Электрическое поле бесконечно длинной заряженной нити.

Напряженность электрического поля равна:

где τ - линейная плотность заряда,

 q - значение заряда, l -длина нити, ε - диэлектрическая постоянная, r - расстояние от нити до точки , в которой определяется напряженность