Электрическое поле

Электростатика.

Всякое тело содержит большое количество заряженных частиц. Элементарная частица протон имеет заряд, которому условно приписан положительный знак, электрон – отрицательный. Разноимённозаряженные частицы или тела притягиваются друг к другу, одноимённозаряженные – отталкиваются.

Электромагнитное поле характеризуется двумя взаимно связанными составляющими: магнитным полем и электрическим полем, которые выявляются по силовому действию на заряженные частицы или тела. Электрическое поле неподвижных зарядов называется электростатическим. Электрическое поле обладает энергией, которую называют электрической энергией.

Напряжённость электрического поля Е определяется отношением силы F, с которой поле заряженных частиц или тел действует на точечный пробный заряд q, находящийся в данной точке поля, к величине этого заряда:

E=F/q.

Напряжённость поля имеет величину и направление, т.е. напряжённость величина векторная. Электрическое поле графически изображается линиями напряжённости электрического поля. Линии напряжённости проводятся так, чтобы вектор напряжённости поля был направлен по касательной к ней. Линия напряжённости начинается на положительном заряде, заканчивается на отрицательном, т. о. она не замкнутая. Поле называется однородным, если во всех его точках векторы напряжённости равны.

Допустим, что положительный точечный заряд q переместился в однородном электрическом поле под действием сил этого поля из точки М в точку Н на расстояние l в направлении поля.

Совершаемая при этом работа:

A=Fl=Eql

Величина, определяемая отношением работы по перемещению точечного положительного заряда q между двумя точками поля к величине заряда, называется электрическим напряжением между точками М и Н:

U=A/q

В однородном поле

U=A/q=Eql/q=El

Единицы измерения.

.

Длина (l) - метр (М).

Сила (F) - ньютон (Н).

Работа (А) – джоуль (Дж).

Электрический заряд (q) - кулон (Кл).

Электрическое напряжение (U) - вольт (В), поэтому 1В=1 Дж/1 Кл.

Напряжённость электрического поля (Е) – вольт на метр (В/М).

Потенциальная энергия, отнесённая к величине заряда, находящегося в какой либо точке электрического поля называется потенциалом этой точки.

f=W/q

где f потенциал точки в вольтах, а W потенциальная энергия заряда q в этой точке в джоулях.

При перемещении заряда q из точки М в точку Н, производимая работа равна изменению запаса потенциальной энергии поля:

A = Wм-Wн= fмq-fнq = q(fм-fн)

Откуда

Uмн = A/q = q(fм-fн)/q = fм-fн

Т.о. напряжение между двумя точками электрического поля равно разности потенциалов этих точек. Если потенциал,например, точки Н будет равен 0, то напряжение будет равно потенциалу точки М, т.е. напряжение между данной точкой электрического поля и другой произвольно выбранной точкой, потенциал которой принят равным 0, является потенциалом данной точки поля.

Сила, с которой взаимодействуют заряды, определяется законом Кулона, который определяет, что сила взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел прямо пропорциональна произведению зарядов этих тел, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и зависит от среды, и выражается формулой:

F = q1 • q2 / 4 • π • l² • εα

Где q1 и q2 заряды точечных тел, Кл, l – расстояние между их центрами, М, εα - абсолютная диэлектрическая проницаемость среды (Ф/М), в которой находятся заряженные тела (табличное).

Все вещества делятся на проводники, изоляторы (диэлектрики) и полупроводники. Проводники 1 рода это металлы и сплавы. В них электрический ток создаётся перемещением электронов. Проводники второго рода это расплавы солей, растворы кислот, солей, щелочей. Это проводники с ионной проводимостью. Диэлектрики при нормальных условиях обладают ничтожной проводимостью, поэтому условно считаются изоляторами. Их характеризует величина, которая называется диэлектрической проницаемостью. Единица измерения фарад на метр (Ф/М). Диэлектрическая проницаемость вакуума 8,85•10^-12 Ф/М. Полупроводники занимают промежуточное место по электропроводности. Обладают электронной и дырочной проводимостью.

1.2 Электрическая ёмкость и конденсаторы.

Конденсатором называют устройство из двух металлических пластин или проводников произвольной формы (обкладок), разделённых диэлектриком. Простейший плоский конденсатор образуется плоскими параллельно расположенными металлическими пластинами, разделёнными слоем изоляции. Если пластины конденсатора присоединить к источнику питания с постоянным напряжением U то на них образуются равные по величине, но противоположные по знаку заряды +q и –q.

Отношение заряда одной из обкладок q к приложенному напряжению U называется ёмкостью конденсатора С.

C=q/U

Ёмкость измеряется в фарадах (Ф).

Ёмкость конденсатора прямо пропорциональна площади пластин S и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами d:

C = ε • ε_о • S/d,

где ε_о - диэлектрическая проницаемость вакуума, ε - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика конденсатора.

Дата добавления: 2014-01-06