 |
Напряженность электростатического поля. Движение заряженных частиц в однородном электрическом поле.
|
|
|
|
Электрический заряд. Его дискретность. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона в векторном и скалярном виде.
Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия. Электрический заряд обычно обозначается буквами q или Q. Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными. Заряды могут передаваться (например, при непосредственном контакте) от одного тела к другому. В отличие от массы тела электрический заряд не является неотъемлемой характеристикой данного тела. Одно и то же тело в разных условиях может иметь разный заряд. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. Электрон и протон являются соответственно носителями элементарных отрицательного и положительного зарядов. Единица электрического заряда – кулон (Кл) – электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А за время 1 с.
Электрический заряд дискретен, т. е. заряд любого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда е (
).
Закон сохранения заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы (системы, не обменивающейся зарядами с внешними телами) остается неизменной: q1 + q2 + q3 +... +qn = const.
Закон Кулона: Сила взаимодействия между двумя точечными электрическими зарядами пропорциональна величинам этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
(в скалярном виде)
Где F — Сила Кулона, q1 и q2 — Электрический заряд тела, r — Расстояние между зарядами, е0 = 8,85*10^{-12} — Электрическая постоянная, е— Диэлектрическая проницаемость среды, k = 9*10^9 — Коэффициент пропорциональности.
|
|
|
Чтобы выполнялся закон Кулона необходимо 3 условия:
1 условие: Точечность зарядов — то есть расстояние между заряженными телами много больше их размеров
2 условие: Неподвижность зарядов. Иначе вступают в силу дополнительные эффекты: магнитное поле движущегося заряда и соответствующая ему дополнительная сила Лоренца, действующая на другой движущийся заряд
3 условие: Взаимодействие зарядов в вакууме
В векторном виде закон записывается следующим образом:
Где 
- сила, с которой заряд 1 действует на заряд 2; q1, q2 — величина зарядов; 
— радиус-вектор (вектор, направленный от заряда 1 к заряду 2, и равный, по модулю, расстоянию между зарядами — 
); k — коэффициент пропорциональности.
Напряженность электростатического поля. Выражение для напряженности электростатического поля точечного заряда в векторном и скалярном виде. Электрическое поле в вакууме и веществе. Диэлектрическая проницаемость.
Напряженность электростатического поля является векторной силовой характеристикой поля и численно равна силе, с которой поле действует на единичный пробный заряд, внесенный в данную точку поля:
Единицей напряженности является 1 Н/Кл - это напряженность такого электростатического поля, которое на заряд в 1 Кл действует с силой в 1 Н. Напряженность также выражают в В/м.
Как следует из формулы и закона Кулона, напряженность поля точечного заряда в вакууме
или 
Направление вектора Е совпадает с направлением силы, которая действует на положительный заряд. Если поле создается положительным зарядом, то вектор Е направлен вдоль радиус-вектора от заряда во внешнее пространство (отталкивание пробного положительного заряда); если поле создается отрицательным зарядом, то вектор Е направлен к заряду.
Т.о. напряженность является силовой характеристикой электростатического поля.
|
|
|
Для графического изображения электростатического поля используют линии напряженности вектора (силовые линии). По густоте силовых линий можно судить о величине напряженности.
Если поле создается системой зарядов, то результирующая сила, действующая на пробный заряд, внесенный в данную точку поля, равна геометрической сумме сил, действующих на пробный заряд со стороны каждого точечного заряда в отдельности. Поэтому напряженность в данной точке поля равна:
Это соотношение выражает принцип суперпозиции полей: напряженность результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равна геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых в данной точке каждым зарядом в отдельности.
Электрический ток в вакууме может быть создан упорядоченным движением любых заряженных частиц (электронов, ионов).
Диэлектрическая проницаемость — величина, характеризующая диэлектрические свойства среды — её реакцию на электрическое поле.
В большинстве диэлектриков при не очень сильных полях диэлектрическая проницаемость не зависит от поля Е. В сильных же электрических полях (сравнимых с внутриатомными полями), а в некоторых диэлектриках в обычных полях зависимость D от Е — нелинейная. Так же диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз сила взаимодействия F между электрическими зарядами в данной среде меньше их силы взаимодействия Fo в вакууме
Относительная диэлектрическая проницаемость вещества 
может быть определена путем сравнения ёмкости тестового конденсатора с данным диэлектриком (Cx) и ёмкости того же конденсатора в вакууме (Co):
Напряженность электростатического поля. Движение заряженных частиц в однородном электрическом поле.
В однородном электрическом поле, сила, действующая на заряженную частицу, постоянна как по величине, так и по направлению. Поэтому движение такой частицы полностью аналогично движению тела в поле тяжести земли без учета сопротивления воздуха. Траектория частицы в этом случае является плоской, лежит в плоскости, содержащей векторы начальной скорости частицы и напряженности электрического поля
|
|
|
