Работа электростатического поля по перемещению заряда.

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.

q_{1 +} q ₂ + q ₃ + …..+ q_n = 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

q₁ и 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

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 силойF_эл= E·|q|Þсовершает работу.

Электрическое поле вызывает ускоренное прямолинейное движение заряда Þизменяет его кинетическую или потенциальную энергию

А= Fs = qE∙Δd А = q(φ₁ – φ₂)= q∙∆ φ = qU

А= −∆W_п= −(W_п2 − W_п1) А= ∆W_к= W_к2 – W_к1

- 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.

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: