Основные понятия электростатики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Электрический заряд (количество электричества) -- это физическая скалярная величина, определяющая способность телбыть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Любой наблюдаемый в эксперименте электрический заряд всегда кратен элементарному Элементарный электрический заряд -- фундаментальная физическая постоянная, минимальная порция (квант) электрического заряда. Равен приблизительно 1,602·10?19 Кл.

Закон сохранения электрического заряда гласит, что алгебраическая сумма зарядов электрически замкнутой системы сохраняется.

Плотность заряда -- это количество заряда, приходящееся на единицу длины, площади или объёма, таким образом определяются линейная, поверхностная и объемная плотности заряда, которые измеряются в системе СИ: в (тау)[Кл/м], в (д)[Кл/мІ] и в [Кл/мі], соответственно. Плотность заряда может иметь как положительные, так и отрицательные значения, это связано с тем, что существуют положительные и отрицательные заряды.

Электростатика -- раздел учения об электричестве, изучающий взаимодействие неподвижных электрических зарядов. Покоящиеся заряды взаимодействуют посредством электрического поля. F = 1/4П е0. · (|q1| · |q2|) / r2 (е0 ? 8,854187817·10?12 Ф/м) .Это взаимодействие сохраняется и при движении зарядов и осуществляется магнитным полем.

Электрического поле--особый вид материи, существующий вокруг любого электрического заряда и проявляющий себя в действии на другие заряды. Напряженность - силовая характеристика электрического поля. отношению силы F, действующей на неподвижный точечный заряд (В/м). Принцип суперпозиции полей: напряженность поля, созданного системой зарядов равна геометрической сумме напряженностей полей, созданных каждым зарядом.

.

Напряженность поля диполя в произвольной точке (согласно принципу суперпозиции): где + и -- напряженности полей, создаваемых соответственно положительным и отрицательным зарядами. Дипольный момент .

Линии напряженности - это линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с вектором напряженности в данной точке поля. Никогда не могут быть замкнуты сами в себя. Имеют обязательно начало и конец, либо уходят в бесконечность. Направлены от положительного заряда к отрицательному, они никогда не пересекаются. Поток вектора напряж. (т. Гаусса) или En S для плоских пов-ей.

Электростат. т. Острогр.-Гаусса ФЕ=?q/E0 . Для бескон. равномернозаряж. плоскости Е= д/2 е0.

Дифф. форма . Дивергенция равна числу линий напряженности выходящих (входящих) из единичного объема.

Работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории, а определяется только положением начальной и конечной точек и величиной заряда.=> поле потенц. А силы консервативны. При малом перемещении ?l:

Потенциал ц электрического поля - отношение потенциальной энергии электрического заряда в электростатическом поле к величине этого заряда ( Вольт = 1 Дж / 1 Кл).

Работа A12 по перемещению электрического заряда q из начальной точки (1) в конечную точку (2) равна произведению заряда на разность потенциалов (ц1 - ц2): A12 = Wp1 - Wp2 = qц1 - qц2 = q(ц1 - ц2) или

Поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковые значения, называется эквипотенциальной поверхностью или поверхностью равного потенциала.

Проводники в электростатич. поле - Е= д/E0. Связь Е с плотн. у пов-ти любого проводника. Напряженность поля всюду внутри проводника должна быть равна нулю Е=0. В соответствии с уравнением это означает, что потенциал внутри проводника должен быть постоянным, т.е. . Т.к. сущ явление электростатической индукции, т.е. разделения зарядов в проводнике, внесенном в электростатическое поле/элое ( Е внешнее) с образованием нового электростатического поля ( Е внутр.) внутри проводника. При внесении незаряженного проводника во внешнее электрическое поле свободные заряды начинают двигаться и через небольшое время приходят в равновесие. Напряженность поля на поверхности проводника должна быть в каждой точке направлена по нормали к поверхности .

Электростатическая защита - клетка Фарадея, разность потенциалов может достигать млн. вольт, но внутри не будет поля.

Электроемкость. Численно равна заряду q сообщение которого проводнику, изм. его потенциал на 1. C=q /?ц=С/U (Ф = Кл/В) Электроемкость проводника не зависит от рода вещества и заряда, но зависит от его формы и размеров, а также от наличия вблизи других проводников или диэлектриков. Плоский из двух проводящих пластин, расположенных параллельно друг другу на малом по сравнению с размерами пластин расстоянии и разделенных слоем диэлектрика. ( ц1-ц2=?Edr =дd/E0 ,а С=q/?ц, где q=дS => C=E E0S/d)

Параллельное (C = C1 + C2) напряжения на конденсаторах одинаковы: U1 = U2 = U, а заряды равны q1 = С1U и q2 = C2U. Последовательное (С=С1С2/С1+С2) заряды обоих конденсаторов: q1 = q2 = q

Энергия системы точ. зар. (для 2ух)

Энергия заряж. проводника весь объем проводника является эквипотенциальным => восп. предыдущей формулой

т.к. С=q/ц то =>

Энергия заряженного проводника (независимо от знака заряда) всегда положительна

Работа, совершаемая при заряжении конденсатора, определит его электрическую энергию. Электрическая энергия заряженного конденсатора определяется теми же формулами, которые были получены для заряженного проводника, если в них q, С и U будут соответственно определять заряд на обкладках конденсатора, емкость конденсатора и разность потенциалов между обкладками конденсатора. Таким образом, энергия заряженного конденсатора равна

Энергия электрического поля . Подстановка выражения для емкости в формулу для энергии конденсатора дает: Частное U / d равно напряженности поля в зазоре; произведение S·d представляет собой объем V, занимаемый полем. Следовательно,

Объемная плотность энергии. Если поле однородно, то заключенная в нем энергия распределяется в пространстве с постоянной плотностью w.

Диэлектрическими называют материалы, основным электрическим свойством которых является способность к поляризации и в которых возможно существование электростатического поля. Диэлектрик, помещенный во внешнее электрическое поле, поляризуется под действием этого поля. Поляризацией диэлектрика называется процесс приобретения им отличного от нуля макроскопического дипольного момента. Молекула превращается в диполь, где эл. момент p=ql. Поляризованность определяется как электрический момент единицы объема диэлектрика

N - число молекул. Связь p с плотностью: д=2cosб=Pn

Электрическое поле в диэлектрике. Пусть напряженность электрического поля, которое создается этими плоскостями в вакууме, равна . Связь поляризации с напряж. где диэл-я восприимчивость (физическая величина, мера способности вещества поляризоваться под действием электрического поля) Диэл. проницаемость - абс. ( показывает зависимость электрической индукции от Е). и отн.(е=Сx/C0), [Ф/м] и безразм. соответственно. Вектор электост-ой индукции D=е0Е+P

Поляризация электронная теория - смещение электронных оболочек атомов под действием внешнего электрического поля. Проявляется эл. момент диэлектрика. В неполярн. мол. Момент = 0, в поляр. отл. от 0.

Дипольная (Ориентационная) -- протекает с потерями на преодоление сил связи и внутреннего трения. Связана с ориентацией диполей во внешнем электрическом поле. -> при возд. внеш. поля меняет ориент. молекул созд. момент

Ионная -- смещение узлов кристаллической решетки под действием внешнего электрического поля, причем смещение на величину, меньшую, чем величина постоянной решетки.

Сегнетоэлектрики - высокая (до 10к) е - исп. в конденсаторах. Вектор D не пропорционален E. D= е е0E . Поляр-я сегн-в
зависит в больш. Ст. от предыдущего сост. поляризации (петля диэл. гестерезиса). Диэл. св-ва зависят от Т точки Кюри, когда они пропадают ( -15 -- +22.5)… Постоямнный ток --с течением времени не изменяется по величине и направлению.

Сила тока -- физическая величина I, равная отношению количества заряда, прошедшего через некоторую поверхность за время, к величине этого промежутка времени По закону Ома для участка цепи I=U/R

Падение напряжения -- постепенное уменьшение напряжения вдоль проводника т.к. проводник обладает активным сопротивлением. Также это величина на которую меняется потенциал при переходе из одной точки цепи в другую. По закону Ома на участке проводника, обладающем активным сопротивлением R, ток I создаёт падение напряжения U=IR.

Сопротивлемние -- физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему

Закон Ома в дифф. ф. ?-уд. электропровод-ть в интегр. форме JR=U+е е эдс для неоднород. участка цепи:

*R-общ. сопр. неоднор. участка) для замкн. цепи I=е / R+ r е эдс r+R полн. сопр.

Первое правило Кирхгофа алгебраическая сумма токов в каждом узле любой цепи равна нулю.

Второе правило Кирхгофа алгебраическая сумма падений напряжений на всех ветвях, принадлежащих любому замкнутому контуру цепи, равна алгебраической сумме ЭДС ветвей этого контура.

Магнитное поле создается вокруг электрических зарядов при их движении. Так как движение электрических зарядов представляет собой электрический ток, то вокруг всякого про­водника с током всегда существует магнитное поле тока.

Не действует на неподвиж. заряд.

Pm=ISn магн. момент контура, n полож-я. Нормаль

Вектор магнитной индукции В силовая хар-ка мп. Модуль B = Fmax / Pm .

Закон Био-Савара-Лапласа Действие мп на токи и заряды.

(Сила Амп . F~IДl sin б.макс. когда проводник перепенд линиям магн. индукции) закон взаимодействия электрических токов Закон Ампера F=IBДl sin б. Когда в мп вносят проводник (сила, действующая на участок проводника, пропорциональна силе тока I, длине Дl этого участка и синусу угла б между направлениями тока и вектора магнитной индукции) Напр. правилом буравчика. Раписывая по вект произвед. З.Ампера

dF = I [dl B]

Магн. поле действует на каждый движ-ся заряд в эл-те dl, а от них передается проводнику.

Сила Лоренца -- сила, с которой электромагнитное поле действует на точечную заряж. частицу. FЛ = q х B sin б. Сила Лоренца направлена перпендикулярно векторам н и B.

Поток вектора B - хар-ет величину индукции в данном месте (значение напр. B = Fmax / Pm), это кол-во силовых линий проходящих через всю поверхность. изм в Вб=Тл м2

Через площадку перепенд. Проводят столько линий, какова индукция в данном месте.

Циркуляция B по замкн. контуру, равна току, охваченному контуром, умноженному на магнитную постоянную. Bl проекция B на касательную к контуру.

Если кон. Не охватывает ток то цирк.=0. Если охв. неск. токов, то цирк-я равна (I+I+…I)м

Линии магнитной индукции непрерывны. Векторные поля, обладающие непрерывными линиями, получили название вихревых полей. Магнитное поле есть вихревое поле. В этом заключается существенное отличие магнитного поля от электростатического.

Электромагнитная индукция -- явление возникновения электрического тока(индукционного) в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Возникновение ЭДС связано с вихревым эл. полем. Величина ЭДС отвечающего за ток( еi):

электрический заряд индукция поле

Закон Фарадея. Для любого замкнутого контура индуцированная электродвижущая сила (ЭДС) равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через этот контур, взятого со знаком минус

Минус по правилу Ленца: Индукционный ток направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, которым он вызван.

Самоиндукция --возникновения ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении протекающего через контур тока. При изменении тока в контуре пропорционально меняется и магнитный поток через поверхность, ограниченную этим контуром. Изменение этого магнитного потока, в силу закона электромагнитной индукции, приводит к возбуждению в этом контуре индуктивной ЭДС. (..Ток самоиндукции при замыкании направлен противоположно.)

Величина ЭДС самоиндукции Индуктивность численно равна эдс самоиндукции, возникающей в проводнике при изменении силы ток на единицу силы тока (1 А) за единицу времени (1с). 1Гн = 1Вб / 1А

Энергия магн. поля Вихревые токи или токи Фуком - вихревые индукционные токи, возникающие в проводниках при изменении пронизывающего их магнитного поля. Фуко также открыл явление нагревания металлических тел, вращаемых в магнитном поле, вихревыми токами. В соответствии с правилом Ленца токи выбирают внутри проводника такое направление и путь, чтобы противиться причине, вызывающей их.

Электромагнимтное помле -- фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, а также с телами, имеющими собственные дипольные электрические и магнитные моменты. Представляет собой совокупность электрического и магнитного полей. Электромагнитные волны -- распространяющееся в пространстве возмущение электромагнитного поля.

Вихревое эл. поле.Всякое изменение магнитного поля порождает индукционное электрическое поле независимо от наличия или отсутствия замкнутого контура, при этом если проводник разомкнут, то на его концах возникает разность потенциалов; если проводник замкнут, то в нем наблюдается индукционный ток.

Ток смещения или абсорбционный ток -- величина, прямо пропорциональная скорости изменения электрической индукции.

Размещено на Allbest.ru