Электростатика
Электростатика – раздел электродинамики, изучающий покоящиеся электрически заряженные тела.
Существует два вида электрических зарядов: положительные (стекло о шелк) и отрицательные (эбонит о шерсть)
разноименные заряды одноименные заряды
элементарный заряд – минимальный заряд (е = 1,6∙10-19 Кл)
Заряд любого тела кратен целому числу элементарных зарядов: q = N∙е
Электризация тел – перераспределение заряда между телами.
Способы электризации: трение, касание, влияние.
Закон сохранения электрического заряда – в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной.
q1 + q 2 + q 3 + …..+ qn = const
Пробный заряд – точечный положительный заряд.
Закон Кулона (установлен опытным путем в 1785 году)
Сила взаимодействия двух неподвижныхточечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними.
F = k∙ = - по 3-му закону Ньютона
q1и q2- заряды; R- расстояние между зарядами;
k - коэффициент пропорциональности, равный силе взаимодействия
единичных зарядов на расстоянии, равном единице длины.
В СИ: k = = 9·109 Н·м2/Кл2; ε0-электрическая постоянная; ε0= 8,85·10-12 Кл2/Н·м2
Закон Кулона в диэлектрической среде: F = k∙
ε - диэлектрическая проницаемость среды, характеризующая свойства среды. В вакууме
ε =1, в воздухе ε ≈1
Электрическое поле – вид материи, осуществляющий взаимодействие между электрическими зарядами, возникает вокруг зарядов, действует только на заряды.
Характеристики электрического поля
силовая (напряженность ) энергетическая (потенциал φ)
Напряжённость - векторная физическая величина, равная отношению силы F, с которой электрическое поле действует на пробный точечный заряд q, к значению этого заряда. , [E]= Н/Кл = В/м
Направление вектора напряженности совпадает с направлением вектора силы, действующей на положительный заряд, и противоположно направлению силы, действующий на отрицательный заряд.
| Потенциал электростатического поля - отношение потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду
φ =, [φ] = Дж/Кл = 1 В
φ - скалярная величина, определяющая потенциальную энергию заряда в любой точке эл. поля.
Wn= qЕd ; φ = Еd
Wn; φ – зависят от выбора нулевого уровня
| Принцип суперпозиции полей
Если в данной точке пространства различные заряды создают электрические поля напряженности, которых , , … и т.д., то результирующая напряженность поля в этой точке равна векторной сумме напряжённостей отдельных полей.
= +++ …+
| Если в данной точке пространства различные заряды создают электрические поля потенциалы, которых φ1, φ2, φ3 и т.д., то результирующий потенциал в этой точке равен алгебраической сумме потенциалов всех полей.
φ = φ1 + φ2 + φ3 + … (знак потенциала определяется знаком заряда: q > 0, φ > 0; q < 0, φ < 0)
|
Силовые линии напряженности электрического поля – непрерывные линии, касательные к которым в каждой точке, через которые они проходят, совпадают с вектором напряженности. Е
Свойства силовых линий:
- не замкнуты; Е Е
- не пересекаются;
- непрерывны;
- направление совпадает с направлением вектора напряжённости;
- начало на + q или в бесконечности, конец на – q или в бесконечности;
- гуще вблизи зарядов (где больше напряжённость).
- перпендикулярны поверхности проводника Поле точечного заряда
Модуль напряжённости.
|
| Потенциал.
| Е = k∙
| φ = ± k∙
|
Поле равномерно заряженной сферы.
(R – радиус сферы; r – расстояние от центра сферы до точки поля)
| модуль напряжённости
| потенциал
| внутри сферы
(r < R)
| Е = 0
| φ = ± k∙
| на поверхности сферы (r = R)
| Е = k∙
| φ = ± k∙
| вне сферы
(r > R)
|
Е = k∙ = k∙,
где а – расстояние от поверхности шара до точки поля
| φ = ± k = k∙
| Поле внутри вещества
проводники диэлектрики
Ерезул= 0 Внутри поля
нет! q на поверхности
Напряженность электростатического поля в металле равняется нулю, так как поле свободных зарядов, существующих в не
м, через достаточно короткий промежуток времени уравновесит внешнее поле и ток в металле будет равен нулю.
Внутри проводника поля нет!!!
(электростатическая защита)
|
↑↓
Евнеш.↓ в ε раз Напряженность поля в диэлектрике меньше, чем в вакууме из-за явления поляризации и, следовательно, густота силовых линий в диэлектрике меньше. Отношение напряженности поля в вакууме к напряженности в данной среде называют диэлектрической проницаемостью вещества.
ε =
| Разность потенциалов или напряжение (Δφ или U) - это разность потенциалов в начальной и конечной точках траектории заряда Δφ = φ1 – φ2
φ1 – φ2 = U = U = В φ1 > φ2
Чем меньше меняется потенциал на отрезке пути, тем меньше напряженность поля. Напряженность электрического поля направлена в сторону уменьшения потенциала.
Связь между напряжённостью поля и разностью потенциалов: E =
Работа электростатического поля по перемещению заряда.
Электрическое поле перемещает заряд, действуя на него
с силой Fэл = E·|q| совершает работу.
Электрическое поле вызывает ускоренное прямолинейное движение заряда изменяет его кинетическую или потенциальную энергию
А= Fs = qE∙Δd А = q(φ1 – φ2)= q∙∆ φ = qU
А= −∆Wп= −(Wп2 − Wп1) А= ∆Wк= Wк2 – Wк1
- Если поле совершает положительную работу (вдоль силовых линий), то потенциальная энергия заряженного тела уменьшается (согласно закону сохранения энергии увеличивается кинетическая энергия и наоборот).
- Работа поля (электрической силы) не зависит от формы траектории и на замкнутой траектории равна нулю.
Эквипотенциальные поверхности- поверхности, все точки которых имеют одинаковый потенциал
для однородного поля для поля точечного - плоскость заряда -
концентрические
сферы Эквипотенциальная поверхность имеется у любого проводника в электростатическом поле, т.к. силовые линии перпендикулярны поверхности проводника. Все точки внутри проводника имеют одинаковый потенциал (Δφ = 0). Напряженность внутри проводника Е=0, значит и разность потенциалов внутри Δφ = 0.
Электроемкость С - характеризует способность проводника накапливать электрический заряд на своей поверхности.
-не зависит от электрического заряда и напряжения.
- зависит от геометрических размеров проводников, их формы, взаимного
расположения, электрических свойств среды между проводниками.
С = = const C = Ф (Фарад)
Конденсатор - электротехническое устройство, служащее для быстрого накопления электрического заряда и быстрой отдачи его в цепь (два проводника, разделенных слоем диэлектрика ).
где d много меньше размеров проводника.
Обозначение на электрических схемах:
Все электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора. Заряд конденсатора - это абсолютное значение заряда одной из обкладок конденсатора.
Виды конденсаторов: 1. по виду диэлектрика: воздушные, слюдяные, керамические, электролитические 2. по форме обкладок: плоские, сферические, цилиндрические 3. по величине емкости: постоянные, переменные (подстроечные).
Тип конденсатора
| Схематическое изображение
| Формула для расчета емкости
| Примечания
| Плоский конденсатор
|
| C =
| S - площадь пластины; d - расстояние между пластинами.
| Виды соединений конденсаторов параллельное последовательное
С = С1 + С2 = +
q = q1 + q2 q = q1 = q2 = const
U = U1 = U2 U = U1 + U2
Конденсатор подключён к источнику тока
| Конденсатор заряжен и отключён от источника тока
| Uист. = Uс
Если менять d, S, ε то U = const,
а C и q меняются!
| q = const
C и U меняются!
| Энергия заряженного конденсатора W = = = Энергия конденсатора равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин конденсатора вплотную, или равна работе по разделению положительных и отрицательных зарядов, необходимой при зарядке конденсатора. перейти в каталог файлов
| Образовательный портал
Как узнать результаты егэ
Стихи про летний лагерь
3агадки для детей |