Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Калужской области «КАЛУЖСКИЙ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

Государственное бюджетное профессиональное
образовательное учреждение Калужской области
«КАЛУЖСКИЙ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ
ТЕХНИКУМ ИМ. А.Т. КАРПОВА»
Преподаватель спецпредметов
Симакова Елена Георгиевна
СОДЕРЖАНИЕ
1. Электрические заряды, электрическое
поле.
2. Характеристики электрического поля:
напряженность, электрический
потенциал, электрическое напряжение.
3. Проводники и диэлектрики в
электрическом поле
ЭЛЕКИРИЧЕСКИЕ ЗАРЯДЫ
Ещё в глубокой древности было известно, что янтарь, потёртый о
шерсть, приобретает способность притягивать лёгкие предметы.
Позже было установлено, что таким же свойством обладают
многие другие вещества. На поверхности тел в таком состоянии
имеются электрические заряды, а сами тела называются
заряженными (наэлектризованными). В природе существуют
только два вида зарядов - положительные и отрицательные.
Заряды одного знака (одноимённые заряды) отталкиваются,
заряды разных знаков (разноимённые заряды) притягиваются.
Наименьшим (элементарным) зарядом обладают элементарные
частицы: протон заряжен положительно, электрон отрицательно. Элементарный отрицательный заряд равен по
величине элементарному положительному заряду. В системе СИ
заряд измеряется в кулонах (Кл). Величина элементарного заряда
e =1,6∙10-19 Кл.
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЗАРЯДА
В природе нигде и никогда не возникает и не исчезает
электрический заряд одного знака. Появление положительного
электрического заряда +q всегда сопровождается появлением
равного по абсолютной величине отрицательного электрического
заряда q. Ни положительный, ни отрицательный заряды не могут
исчезнуть по отдельности один от другого, они могут лишь
взаимно нейтрализовать друг друга, если равны по абсолютной
величине.
В
электрически
изолированной
системе
алгебраическая сумма зарядов остаётся постоянной:
q1 + q2 + q3 + ... + qn = const
Изолированной называется система, не обменивающаяся зарядами
с внешней средой.
ЗАКОН КУЛОНА
В 1785 г. Шарль Кулон (1736-1806) экспериментально установил
закон взаимодействия двух точечных зарядов, т.е. таких
заряженных тел, размерами которых можно пренебречь.
Сила взаимодействия двух точечных зарядов прямо
пропорциональна произведению этих зарядов,
обратно пропорциональна квадрату расстояния
между ними и направлена по линии, соединяющей
эти заряды.
F – сила взаимодействия между зарядами (Н)
q1 , q2 - электрический заряд (Кл)
r – расстояние между зарядами
k = 9∙109 Н м2 / Кл2 - коэффициент пропорциональности,
учитывающий параметры среды.( в данном случае – вакуум)
Коэффициент k связан с другой постоянной величиной
соотношением:
- электрическая постоянная
В диэлектрике сила взаимодействия двух точечных
зарядов
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
это особое состояние среды, характеризующееся
воздействием на электрически заряженную частицу с
силой, пропорциональной заряду частицы и не
зависящей от её скорости. Основной характеристикой
электрического поля является электрическая сила.
Электрическое поле является составной частью
электромагнитного поля.
Поле, окружающее неподвижные заряды, называется
электростатическим.
Представление об электрическом поле введено в науку
в 30-х годах ХIХ века Майклом Фарадеем (1791-1867).
Согласно Фарадею, каждый электрический заряд
окружён созданным им электрическим полем
ГРАФИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
Графически электрическое поле изображают силовыми линиями.
Силовые линии начинаются на положительных зарядах и
заканчиваются на отрицательных или уходят в бесконечность.
На рисунке
изображены линии напряжённости полей
положительного (а), отрицательного (б) и системы из
положительного и отрицательного зарядов (в).
a
б
в
О величине напряжённости судят по густоте линий. Чем гуще
расположены линии, тем больше величина напряжённости.
ХАРАКТЕРИСТИКИ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
1. НАПРЯЖЕННОСТЬ
Для оценки
интенсивности
исследуемого
электрического поля заряженного тела является
напряжённость.
НАПРЯЖЁННОСТЬ численно равна
отношению
силы, с которой поле исследуемого заряженного тела
действует на пробный заряд, к его величине:
ξ = F/ q
Единица измерения напряженности электрического
поля: Ньютон/Кулон, (Н/Кл)
Подставив закон Кулона, получим:
ξ = Q / 4 π εεо r2
2. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ
Каждая точка электрического поля характеризуется
своим потенциалом
Потенциальная энергия, отнесённая к численному
значению заряда, находящегося в какой-либо точке
электрического поля, называется потенциалом φ этой
точки поля
Напряжение
между
двумя
электрического
поля
равно
потенциалов этих точек:
точками
разности
U= φ1 – φ2, φ1 – φ2= ξ l
НАПРЯЖЕНИЕ между двумя точками
электрического поля численно равно работе
сил поля по перемещению между этим
точками положительного единичного заряда:
U = A/ q.
Единица электрического напряжения:
Дж(джоуль)/Кл (Кулон)=В (Вольт)
Разность потенциалов между потенциалом грозовых туч
и нулевым потенциалом Земли достигает миллионов
вольт
1 мкВ (микровольт) = 10-6 В;
1мВ (милливольт) = 10-3 В;
1 кВ (киловольт) = 103 В.
ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ
ПОЛЕ
Способность вещества проводить электрический ток
называется электропроводностью.
По электропроводности все вещества делятся на
проводники, диэлектрики и полупроводники.
Проводники обладают высокой электропроводностью.
Различают проводники первого и второго рода. К
проводникам первого рода относятся все металлы,
некоторые сплавы и уголь. Они обладают электронной
проводимостью. К проводникам второго рода
относятся электролиты. В них имеет место ионная
проводимость
Если проводник поместить в электростатическое поле, то под
действием этого поля происходит перемещение зарядов в
проводнике: положительных - в направлении внешнего поля,
отрицательных - в противоположном направлении (а). Такое
разделение зарядов в проводнике под действием внешнего поля
называется электростатической индукцией. Разделённые
внутри проводника заряды создают своё электрическое поле,
направленное от положительных зарядов к отрицательным, т.е.
против внешнего поля (а). Разделение зарядов в проводнике
прекратится тогда, когда напряжённость поля разделённых
зарядов Eвнутр станет равной напряжённости внешнего поля
Eвнешн, а результирующее поле Е = Eвнутр - Eвнешн = 0
ДИЭЛЕКТРИКИ В
ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
Электропроводность диэлектриков практически равна нулю в
силу весьма сильной связи между электронами и ядром атомов.
Если диэлектрик поместить в электростатическое поле, то в нём
произойдёт поляризация атомов, т.е. смещение разноимённых
зарядов в самом атоме, но не разделение их. Поляризованный
атом может рассматриваться как электрический диполь, в
котором «центры тяжести» положительных и отрицательных
зарядов смещаются.
Диполь
- это система двух разноимённых зарядов,
расположенных на малом расстоянии друг от друга в замкнутом
пространстве атома или молекулы.
Электрический диполь - это атом диэлектрика, в котором
орбита
электрона
вытягивается
в
направлении,
противоположном направлению внешнего поля Eвнешн.
Смещение связанных электрических зарядов под действием
внешнего электрического поля называется поляризацией.
Поляризованные атомы создают своё электрическое поле,
напряжённость которого направлена против внешнего поля. В
результате поляризации результирующее поле внутри
диэлектрика ослабляется. Величина, показывающая во сколько
раз напряжённость электрического поля в вакууме больше, чем
в диэлектрике, называется диэлектрической проницаемостью
этого диэлектрика.
где ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрика, Е0 - напряжённость
эл. поля в вакуума, Е - напряжённость эл. поля в диэлектрике.
Интенсивность поляризации диэлектрика зависит от его
диэлектрической проницаемости. Чем она больше, тем
интенсивнее поляризация в диэлектрике и тем слабее
электрическое поле в нём.
Е = Eвнешн - Eвнутр
Если диэлектрик поместить в сильное электрическое поле,
напряжённость которого можно увеличивать, то при каком-то
значении напряжённости произойдёт пробой диэлектрика, при
этом электроны отрываются от атома, т.е. происходит
ионизация диэлектрика, и он становится проводником.
Напряжённость внешнего поля, при которой происходит это
явление,
называется
пробивной напряжённостью
диэлектрика. Напряжение, при котором происходит пробой
диэлектрика, называют напряжением пробоя, или
электрической прочностью диэлектрика.