Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля. Принцип суперпозиции. Электрический диполь. Поле диполя.
Стр 1 из 10Следующая ⇒ Электрические заряды. Закон сохранения заряда. Закон Кулона Электрический заряд характеризует способность тела к определенному взаимодействию. Еще в древности было замечено, что янтарь, потертый о шерсть приобретает способность притягивать к себе легкие тела. Экспериментально установлено, что: 1) существует два вида зарядов, условно названные положительные и отрицательные; 2) одноименно заряженные тела отталкиваются, разноименно – притягиваются. Явление возникновения зарядов у тел называется электризацией. При тесном контакте двух тел электроны могут переходить с поверхности одного тела на поверхность другого – электризация через соприкосновение. Трение двух тел только увеличивает поверхность соприкосновения. При электризации заряжаются оба тела с зарядами равными по величине и противоположными по знаку. Электрические заряды не создаются и не исчезают, а только передаются от одного тела к другому или перераспределяются внутри одного тела (суммарный заряд изолированной системы не изменяется). Из обобщения опытных данных был установлен фундаментальный закон природы, экспериментально подтвержденный в 1843 г. английским физиком М. Фарадеем (1791 —1867),— закон сохранения заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы (системы, не обменивающейся зарядами с внешними телами) остается неизменной, какие бы процессы ни происходили внутри этой системы.
Закон Кулона. Сила взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных частиц в вакууме пропорциональна произведению этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Сила F направлена по прямой, соединяющей взаимодействующие заряды, т. е. является центральной, и соответствует притяжению (F <0) в случае разноименных зарядов и отталкиванию (F >0) в случае одноименных зарядов. Эта сила называется кулоновской силой.
F12— сила, действующая на заряд Q1 со стороны заряда Q2, r12 — радиус-вектор, соединяющий заряд Q2 с зарядом Q1, r= |r12|(рис. 117). На заряд Q2 со стороны заряда Q1 действует сила F21=-F12, т. е. взаимодействие электрических точечных зарядов удовлетворяет третьему закону Ньютона. В СИ коэффициент пропорциональности равен k=1/(4pe0). Тогда закон Кулона запишется в окончательном виде:
Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля. Принцип суперпозиции. Электрический диполь. Поле диполя. Если в пространство, окружающее электрический заряд, внести другой заряд, то на него будет действовать кулоновская сила; значит, в пространстве, окружающем электрические заряды, существует силовое поле - одна из форм существования материи, посредством которого осуществляются определенные взаимодействия между макротелами или частицами, входящими в состав вещества. Поле, создаваемое неподвижным электрическим зарядом называются электростатическими. Для обнаружения и опытного исследования электростатического поля используется пробный точечный положительный заряд — такой заряд, который не искажает исследуемое поле. Если в поле, создаваемое зарядом Q, поместить пробный заряд Q0, то на него действует сила F, различная в разных точках поля, которая, согласно закону Кулона, пропорциональна пробному заряду Q0. Поэтому отношение F/Q0 не зависит от Q0 и характеризует электрическое поле в той точке, где пробный заряд находится. Эта величина называется напряженностью и является силовой характеристикой электростатического поля. Напряженность электростатического поля в данной точке есть физическая величина, определяемая силой, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в эту точку поля:
E=F/Q0. Как следует из формул E=F/Q0 и Направление вектора Е совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд. Если поле создается положительным зарядом, то вектор Е направлен вдоль радиуса-вектора от заряда во внешнее пространство (отталкивание пробного положительного заряда); если поле создается отрицательным зарядом, то вектор Е направлен к заряду. Единица напряженности электростатического поля — Н/Кл: 1 Н/Кл — напряженность такого поля, которое на точечный заряд 1 Кл действует с силой в 1 Н; 1 Н/Кл=1 В/м, где В (вольт) — единица потенциала электростатического поля. F=Q0E Fi,=Q0Ei, где Е—напряженность результирующего поля, а Еi — напряженность поля, создаваемого зарядом Q i. Тогда получаем
Принцип суперпозиции позволяет рассчитать электростатические поля любой системы неподвижных зарядов, поскольку если заряды не точечные, то их можно всегда свести к совокупности точечных зарядов.
Число линий напряженности, пронизывающих элементарную единичную площадку dS, нормаль n которой образует угол a с вектором Е, называется потоком вектора напряженности ФE. dФE= En dS = EdS= Е dScosa, где Еn — проекция вектора Е на нормаль n к площадке dS (рис. 121). Единица потока вектора напряженности электростатического поля— 1 В•м. Для произвольной замкнутой поверхности S поток вектора Е через эту поверхность где интеграл берется по замкнутой поверхности S. Поток вектора Е является алгебраической величиной: зависит не только от конфигурации поля Е, но и от выбора направления нормали к площадке dS. Для замкнутых поверхностей за положительное направление нормали принимается внешняя нормаль, т. е. нормаль, направленная наружу области, охватываемой поверхностью. Электрический диполь — система двух равных по модулю разноименных точечных зарядов, расстояние l между которыми значительно меньше расстояния до рассматриваемых точек поля.
Вектор, направленный по оси диполя (прямой, проходящей через оба заряда) от отрицательного заряда к положительному и равный расстоянию между ними, называется плечом диполя l. Вектор |Q| на плечо l, называется электрическим моментом диполя р или дипольным моментом.
Воспользуйтесь поиском по сайту: ![]() ©2015 - 2025 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...
|