![]() КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Електростатика
Електростатика вивчає властивості і взаємодію нерухомих у певній системі координат електричних зарядів. Електричним зарядом називається скалярна фізична величина, яка визначає здатність заряджених частинок вступати в електромагнітну взаємодію між собою. У природі існує два види електричних зарядів: додатні і від’ємні. У процесі електризації тертям одне тіло набуває додатного заряду, а друге від’ємного. Величина додатного заряду одного тіла точно дорівнює величині від’ємного заряду другого тіла. Це положення відоме від назвою закону збереження електричного заряду: електричні заряди не виникають і не зникають, вони можуть лише передаватися від одного тіла до іншого або переміщатися всередині даного тіла. Тому алгебраїчна сума зарядів, які виникають на всіх тілах, що беруть участь у цьому процесі, завжди дорівнює нулю. Експериментально доведено, що всі так звані “елементарні” заряджені частинки (електрони, позитрони, протони) мають заряд ±1,602×10-19 Кл.
2.1 Взаємодія електричних зарядів. Закон Кулона. Кулон експериментально встановив закон взаємодії електричних зарядів. Закон Кулона справджується для точкових зарядів. Під точковим зарядом розуміють заряджене тіло, розміри якого досить малі порівняно з іншими зарядами. Вивчаючи взаємодію заряджених тіл за допомогою
де k – коефіцієнт пропорційності.
Кулонівські сили – центральні, тобто вони спрямовані вздовж прямої, яка сполучає точкові заряди. Однойменні заряди відштовхуються, а різнойменні притягуються (рис. 2.1).
З цього закону випливає, що за одиницю електричного заряду (Кулон - Кл) вважають такий точковий заряд, який діє у вакуумі на такий самий заряд, розміщений на відстані 1 м з силою 9×109 Н.
2.2 Напруженість електричного поля. Графічне зображення електричного поля.
Кожний електричний заряд завжди змінює властивості простору, який його оточує, створюючи в ньому електричне поле. Це поле проявляється таким чином, що при вміщенні в ньому в будь-якій точці електричного заряду на нього буде діяти сила. Будь-яка точка електричного поля характеризується напруженістю Напруженість
Якщо електричне поле створюється нерухомим точковим зарядом q, то напруженість поля в точці, яка віддалена від цього заряду на відстань r, згідно з (1) і (2) дорівнюватиме:
Вектор
Напруженість електричного поля створена системою зарядів q1; q2; … qn дорівнює векторній сумі напруженостей полів, які створював би кожний із зарядів зокрема в даній точці поля:
Останнє твердження називається принципом суперпозиції електричних полів, який дає можливість визначати напруженість електричного поля будь-якої системи зарядів. Електричне поле можна графічно зобразити за допомогою ліній напруженості, які називаються силовими лініями. Їх проводять таким чином, щоб дотична до них у кожній точці співпадала з напрямом вектора
Рис. 2.3 Фізична величина, яка чисельно дорівнює потенціальній енергії, яку має одиничний додатний заряд, вміщений в певну точку електростатичного поля, називається потенціалом поля в цій точці. Потенціал є енергетичною характеристикою поля:
В полі точкового заряду q потенціальна енергія пробного заряду q+np визначається наступним співвідношенням:
Якщо поле створюється додатним зарядом, то його потенціальна енергія Wп>0, отже j>0, а коли від’ємним - то Wп<0 і j<0. Із виразів (2.5) і (2.6) для поля точкового заряду знаходимо:
Потенціал електростатичного поля створеного системою зарядів, в довільній точці поля дорівнює алгебраїчній сумі потенціалів, створених кожним із зарядів в цій точці:
Із виразу (2.5) випливає, що потенціальна енергія пробного додатного заряду:
Коли пробний заряд перемістити з однієї точки поля в іншу, то матимемо роботу сил електричного поля, яка виконується при переміщенні цього заряду:
Із виразу (2.7) видно, що потенціал точкового заряду є функцією відстані від заряду, який створює поле, до точки, в якій визначається потенціал. Геометричне місце точок однакового потенціалу називають еквіпотенціальною поверхнею. Лінії напруженості електричного поля завжди перпендикулярні до еквіпотенціальної поверхні (рис. 2.4).
Рис. 2.4 Напруженість електричного поля співвідношенням:
(знак „-“ вказує на те, що напрям вектора Проекції вектора
Результуючий вектор
де Елементарна робота переміщення заряду в електричному полі на відстань
Тоді робота переміщення пробного заряду з точки 1 в точку 2 (рис. 2.5), в яких потенціали будуть відповідно j1 і j2, визначаються співвідношенням:
З рівняння (2.15) випливає:
Якщо пробний заряд переміщується в електричному полі по замкнутій траєкторії і повертається у вихідну точку, то j1 = j2, і рівняння (2.16) можна переписати:
Співвідношення (2.17) справедливе тільки для електростатичного поля, а вираз
2.3.Теорема Остроградського-Гауса та її застосування
Напруженість електростатичного поля зручно представити через густину силових ліній, що пронизують елементарну ділянку поверхні, розміщену перпендикулярно до цих ліній (рис.2.6). Рис. 6. З останнього рівняння випливає:
Величину вектора dФ Еназивають потоком вектора напруженості через елементарну площадку dS. З рівняння (2.8) випливає, що потік вектора напруженості Ф Е через поверхню S дорівнює:
Ф Е = Згідно з теоремою Остроградського-Гауса, потік вектора напруженості електростатичного поля
(2.20) Теорема Остроградського – Гауса використовується для розрахунку електростатичних полів, створених зарядженими тілами найрізноманітніших конфігурацій.
Розглянемо для прикладу, розрахунок електростатичного поля, створеного нескінченно довгим, рівномірно зарядженим циліндром з радіусом R і з лінійною густиною електричних зарядів В ролі замкненої поверхні, що оточує цей циліндр, візьмемо коаксіальний циліндр радіусом r і висотою h. Повний потік вектора напруженості буде дорівнювати потоку тільки через бічну поверхню замкнутого циліндра, оскільки силові лінії електричного поля не перетинають площі основ цього циліндра (рис. 2.8).
Враховуючи, що в нашому випадку En = E а
Різниця потенціалів між двома точками, які знаходяться в одній площині на відстанях r1 i r2 від осі зарядженого циліндра, з (2.11):
2.4 Електроємність провідника
Дата добавления: 2014-12-16; Просмотров: 1027; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |