1. Закон Кулона. Электрический заряд и напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции. Электрический диполь.

Закон Кулона - физический закон, описывающий силу взаимодействия между неподвижными точечными электрическими зарядами в зависимости от расстояния между ними. РАБОТАЕТ только с точечным зарядом, иначе нужно интегрировать по объему. Свойственен классической механике.

где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от системы единиц,

, где ε₀ – электрическая постоянная ( )



Векторная форма закона Кулона:

, где F1 – сила, действующая на заряд q1, F2 – сила, действующая на заряд q2, r - единичный вектор, направленный от положительного заряда к отрицательному.

Эл заряд: проходящий через поперечное проводника при силе тока 1 А за время 1 с (не зависит от системы отсчета, а значит, не зависит от того, движется этот заряд или покоится).

Точечный заряд: заряд, размерами носителя которого по сравнению с расстоянием, на котором рассматривается электростатическое взаимодействие, можно пренебречь.

В любой электрически изолированной системе (нет обмена электрическими зарядами с внешними телами) алгебраическая сумма заряда не меняется (заряды только перераспределяются).

Заряд любого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда:


Электрические заряды не существуют сами по себе, а являются внутренними свойствами элементарных частиц – электронов, протонов и др.

Напряженность электрического поля равна изменению потенциала при перемещении вдоль силовой линии на единицу длины. Источники складываются. Силовая характеристика поля, создаваемого зарядом q.

Напряженность измеряют в вольтах на метр (или Н/Кл) [E]=1 B/м

---

Вектор напряженности эл п - равен силе, действующей в данной точке на помещенный в нее пробный единичный положительный заряд.

Напряженность поля равна 1 В/м, если напряжение между двумя точками силовой линии, расположенными на расстоянии 1 м, равна 1 В.

Линий напряженности: воображаемые линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора  , их густота пропорциональна модулю вектора   в данном месте поля.

Однородное поле: напряженность во всех точках одинакова по модулю и направлению (2 разноименные пластины).

Для определения значения и направления вектора напряженности эл п, созданного системой эл. Зарядов, справедлив принцип суперпозиций: напряженность электростатического поля, создаваемого системой эл зарядов, равна геометрической сумме напряженностей, создаваемых каждым зарядом, в отдельности в каждой точке поля.

Эл диполь- система 2 равных по модулю разноименных, точечных зарядов (+q, -q), расстояние между которыми l значительно меньше расстояния до рассматриваемых точек поля. Ось диполя - прямая, проходящая через оба заряда. Плечо диполя - вектор, направленный по оси диполя от q- заряда к q+, модуль которого равен расстоянию между ними.

2. Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского-Гаусса.





Теорема Гаусса (закон Гаусса) — выражает связь между потоком напряжённости электрического поля сквозь замкнутую поверхность произвольной формы и суммой зарядов, расположенных внутри объёма, ограниченного этой поверхностью. Применяется отдельно для вычисления электростатических полей.

Теорема Остроградского – Гаусса (теорема Гаусса): поток вектора напряженности электрического поля через замкнутую поверхность в вакууме равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности зарядов, деленной на  :

---

.

Если заряд распределен внутри замкнутой поверхности непрерывно с объемной плотностью  , то теорема Гаусса имеет вид:



Теорема Гаусса (закон Гаусса) выражает связь между потоком напряжённости электрического поля сквозь замкнутую поверхность произвольной формы и суммой зарядов, расположенных внутри объёма, ограниченного этой поверхностью. Применяется отдельно для вычисления электростатических полей.

3. Работа электростатического поля. Разность потенциалов. Связь потенциала с напряженностью поля. Циркуляция электростатического поля.

Электростатическое поле - этo элeктpичecкoe пoлe нeпoдвижнoгo зapядa. Cилa F эл, дeйcтвующaя нa зapяд, пepeмeщaeт eгo, coвepшaя paбoту. B oднopoднoм элeктpичecкoм пoлe Fэл = qE - пocтoяннaя вeличинa.

Рaбoтa пoля (элeктpичecкoй cилы) нe зaвиcит oт фopмы тpaeктopии и нa зaмкнутoй тpaeктopии paвнa нулю.

ПOTEHЦИAЛЬHAЯ ЭHEPГИЯ ЗAPЯЖEHHOГO TEЛA B OДHOPOДHOM ЭЛEKTPOCTATИЧECKOM ПOЛE

Элeктpocтaтичecкaя энepгия - пoтeнциaльнaя энepгия cиcтeмы зapяжeнныx тeл (т.к. oни взaимoдeйcтвуют и cпocoбны coвepшить paбoту).



Taк кaк paбoтa пoля нe зaвиcит oт фopмы тpaeктopии, тo oднoвpeмeннo



Cpaвнивaя фopмулы paбoты, пoлучим пoтeнциaльную энepгию зapядa в oднopoднoм элeктpocтaтичecкoм пoлe



Ecли пoлe coвepшaeт пoлoжитeльную paбoту ( вдoль cилoвыx линий ), тo пoтeнциaльнaя энepгия зapяжeннoгo тeлa умeньшaeтcя (нo coглacнo зaкoну coxpaнeния энepгии увeличивaeтcя кинeтичecкaя энepгия ) и нaoбopoт.

ПOTEHЦИAЛ ЭЛEKTPOCTATИЧECKOГO ПOЛЯ -энергетическая xapaктepиcтикa элeктpичecкoгo пoля. - paвeн oтнoшeнию пoтeнциaльнoй энepгии зapядa в пoлe к этoму зapяду. - cкaляpнaя вeличинa, oпpeдeляющaя пoтeнциaльную энepгию зapядa в любoй тoчкe элeктpичecкoгo пoля.

---

PAЗHOCTЬ ПOTEHЦИAЛOB ( или инaчe HAПPЯЖEHИE ) - этo paзнocть пoтeнциaлoв в нaчaльнoй и кoнeчнoй тoчкax тpaeктopии зapядa.



Haпpяжeниe мeжду двумя тoчкaми ( U ) paвнo paзнocти пoтeнциaлoв этиx тoчeк и paвнo paбoтe пoля пo пepeмeщeнию eдиничнoгo зapядa.

CBЯЗЬ MEЖДУ HAПPЯЖEHHOCTЬЮ ПOЛЯ И PAЗHOCTЬЮ ПOTEHЦИAЛOB



Чeм мeньшe мeняeтcя пoтeнциaл нa oтpeзкe пути, тeм мeньшe нaпpяжeннocть пoля. Haпpяжeннocть элeктpичecкoгo пoля нaпpaвлeнa в cтopoну умeньшeния пoтeнциaлa.

Циркуляцией вектора напряженности называется работа, которую совершают электрические силы при перемещении единичного положительного заряда по замкнутому пути L



Так как работа сил электростатического поля по замкнутому контуру равна нулю (работа сил потенциального поля), следовательно циркуляция напряженности электростатического поля по замкнутому контуру равна нулю.



4. Диэлектрики в электрическом поле. Вектор поляризации. Диэлетрическая восприимчивость вещества. Диэлектрическая проницаемость. Электрическое смещение.

Диэлектрики (изоляторы) отличаются от проводников тем, что не имеют свободных электрических зарядов. Диэлектрики включают в себя нейтральные атомы или молекулы. Заряженные частицы в нейтральном атоме являются связанными друг с другом и не имеют способности к перемещению под действием электрического поля по всему объему диэлектрика.

Внесение диэлектрика во внешнее электрическое поле вызовет возникновение в нем некоторого перераспределения зарядов, которые входят в состав атомов или молекул. Следствием этого перераспределения является появление на поверхности диэлектрического образца избыточных нескомпенсированных связанных зарядов. Все заряженные частицы, которые образуют макроскопические связанные заряды, все так же входят в состав своих атомов.

Связанные заряды образуют электрическое поле E’ направленное внутри диэлектрика противоположно вектору напряженности 

---

E0 внешнего поля: данный процесс носит название поляризации диэлектрика. 

Вследствие поляризации полное электрическое поле E = E0 + E’ = 0 внутри диэлектрика становится по модулю меньше внешнего поля E0.

Диэлектри́ческая восприи́мчивость (или поляризу́емость) вещества — физическая величина, мера способности вещества поляризоваться под действием электрического поля. Диэлектрическая восприимчивость χ_e — коэффициент линейной связи между поляризацией диэлектрика P и внешним электрическим полем E в достаточно малых полях:



В системе СИ:



где ε₀ — электрическая постоянная; произведение ε₀χ_e называется в системе СИ абсолютной диэлектрической восприимчивостью.

В случае вакуума



У диэлектриков, как правило, диэлектрическая восприимчивость положительна. Диэлектрическая восприимчивость является безразмерной величиной.

Относи́тельная диэлектри́ческая проница́емость среды ε — безразмерная физическая величина, характеризующая свойства изолирующей (диэлектрической) среды. Связана с эффектом поляризации диэлектриков под действием электрического поля (и с характеризующей этот эффект величиной диэлектрической восприимчивости среды). Величина ε показывает, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в среде меньше, чем в вакууме.

Вектор электрического смещения

Вектор электрического смещения D (его ещё называют просто электрическим смещением или электрической индукцией), как и вектор напряженности Е, является характеристикой электрического поля.

Вектором электрического смещения D называется величина, определяемая соотношением



где Е- напряжённость электрического поля в диэлектрике; Р - вектор поляризации диэлектрика.

Вектор электрического смещения D введён для удобства расчёта электрических полей в разных диэлектриках, находящихся, например, в поле конденсатора..

---

Смотрите также файлы

• Учебники и методические пособия для студентов и преподавателей.docx

• Предмет, объект, задачи и методы психологии управления.docx

• Фыыччавпвссссвссысыс.docx

• Маълумотном а.docx

• Вовлеченность.docx