Электростатика Электростатика • Электрический заряд • Электрическое поле • Конденсаторы Электрический заряд • Эл. заряд и элементарные частицы • Закон сохранения эл. заряда • Закон Кулона Электрическое поле • • • • • • Эл. поле Напряженность Силовые линии Проводники в эл. поле Диэлектрики в эл. поле Потенциал Конденсаторы • Электроемкость • Конденсаторы • Энергия заряженного конденсатора Электрический заряд q Кл Один кулон (1 Кл) – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1А. q0 1,6 10 19 Kл - элементарный электрический заряд. Электрический заряд частицы протоны электроны -19 q = + 1,6 * 10 mp = 1,67*10 Кл -27 кг q = - 1,6 * 10 -19 -31 me = 9,1*10 нейтроны q=0 mn = 1,67*10 -27 кг Кл кг Закон сохранения заряда В замкнутой электрически изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной. q1 + q2 + q3 + … +qn = const Электрически изолированная система – это система, которая не обменивается зарядами с внешними телами При электризации тел происходит перераспределение зарядов между телами. Электризация тел Электризация тел Электризация тел Электризация тел Электризация тел Электризация тел Взаимодействие зарядов q1 F F q2 1785 г. r q1 q2 - Закон Кулона. F k 2 r Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Взаимодействие зарядов 2 H м 9 k 9 10 Кл 2 k 1 4 0 0 8,85 1012 0 Кл2 Н м2 k – коэффициент пропорциональности, численно равный силе взаимодействия двух точечных зарядов по 1 Кл, находящихся в вакууме на расстоянии 1 м. - электрическая постоянная. Взаимодействие зарядов Разноименные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются. Взаимодействие зарядов F = F 1 + F2 F1 F2 F Электрическое поле Электрическое поле – это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие заряженных тел •Согласно идее Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. •Каждый из них создает в окружающим пространстве электрическое поле. •Поле одного заряда действует на другой заряд и наоборот. •По мере удаления от заряда поле ослабевает. Электрическое поле •Электрическое поле материально, оно существует независимо от нас и наших знаний о нем. •Главное свойство электрического поля – действие его на электрические заряды с некоторой силой. •Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим. Оно не меняется со временем. Напряженность электрического поля Напряженность – силовая характеристика электрического поля – она определяет силу, с которой эл. поле действует на пробный положительный эл. заряд. F E q F E q Н E Кл q>0 q<0 E E Напряженность электрического поля F E q q Напряженность эл. E k 2 поля точечного заряда q1 q2 F k r на расстоянии r от 2 r него. E 0 r Напряженность электрического поля Принцип суперпозиции полей. E = E 1 + E2 + … E1 E2 E Напряженность электрического поля Линии напряженности (или силовые линии электрического поля) – это непрерывные линии, касательные к которым в каждой точке, через которую они проходят, совпадают с векторами напряженности. E E Напряженность электрического поля Напряженность электрического поля Сфера. + + + + + + R + A EA q Напряженность поля на Ek 2 R поверхности сферы. Ek q R r 2 Напряженность поля вне сферы. A EA Напряженность электрического поля Сфера + + + + + R Напряженность поля внутри проводящего шара равна нулю. Eв нутр 0 Е + r 0 R Напряженность электрического поля Плоскость E E 2 0 Кл 2 м q S поверхностная плотность заряда q E 2 S 0 Напряженность электрического поля Однородное электрическое поле. A Неоднородное электрическое поле. A B EA = EB B EA > EB Проводники в электрическом поле • Проводники –это вещества с большой концентрацией свободных заряженных частиц. • Проводниками являются металлы, электролиты. Проводники в электрическом поле + Eитог = E0 + Eэ + + E0 = Eэ + + + + + + + + + + + + + + + Eэ E0 Eитог = 0 •Электростатического поля внутри проводника нет. •Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности. Диэлектрики в электрическом поле • Диэлектрики (изоляторы) – это вещества, с малой концентрацией свободных заряженных частиц. • Диэлектриками являются такие вещества как резина, дерево, фарфор. Диэлектрики в электрическом поле Виды диэлектриков: • Полярные, состоящие из таких молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают. (спирты, вода, поваренная соль). + • Неполярные, состоящие из атомов или молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают. (инертные газы, кислород, полиэтилен). Диэлектрики в электрическом поле - - + + E E Смещение положительных и отрицательных связанных зарядов диэлектрика в противоположные стороны называют поляризацией. Неполярные диэлектрики в электрическом поле тоже поляризуются. Диэлектрики в электрическом поле Eитог = E0 + Eд - + Ед Еитог - + Eитог = E0 - Ед Eитог < Е0 Е0 Eитог - диэлектрическая проницаемость вещества E0 Потенциал Потенциал – Энергетическая характеристика электрического поля – она определяет энергию, которую приобретает заряженная частица в электрическом поле. B А В WE q (вольт) С А В Е С А 1 Дж 1B 1Кл Потенциал •Поверхности равного потенциала называют эквипотенциальными поверхностями. •Эквипотенциальные поверхности перпендикулярны линиям напряженности. B Е A B А > В A Е Потенциал q0 k r Е E + 0 r Е - Потенциал Если поле создано не одним, а несколькими источниками, то потенциал точки равен алгебраической сумме потенциалов исходных полей. 1 2 ... n Потенциал q k R R q k Rr R r потенциал внутри и на поверхности заряженной сферы потенциал вне заряженной сферы Работа эл. поля по перемещению эл. заряда 1 F S d A Eqd Е 2 A F S cos F E q S d cos 1 Работа однородного электростатического поля по перемещению электрического заряда. Работа эл. поля по перемещению эл. заряда Работа эл. поля не зависит от траектории движения заряда, а только от начального и конечного положения заряда. A Aгор Aв ерт A F S cos Е Aв ерт Eqh 0 Aв ерт 0 Агор Eq (d1 d 2 ... d n ) 1 Aгор Eqd d d1 d 2 ... d n A Eqd Работа эл. поля по перемещению эл. заряда F 1 1 S d Е 2 2 A WE (WE 2 WE1 ) WE q A q1 q2 q(1 2 ) 1 2 U [U] = В - напряжение A qU A Eqd U E d В E м Электроемкость Электроемкость –физическая величина, характеризующая способность проводника накапливать электрический заряд. C Ф q C U (фарад) 1Кл 1Ф 1В Электроемкость двух проводников равна 1 Ф, если при сообщении им зарядов +1 Кл и -1Кл между ними возникает разность потенциалов 1В. Конденсаторы • Электроемкость определяется геометрическими размерами проводников, их формой и взаимным расположением, а так же электрическими свойствами окружающей среды. • Большой электроемкостью обладают системы из двух проводников, называемые конденсаторами. • Конденсатор представляет собой два проводника, разделенные слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводника. • Проводники в этом случае называют обкладками конденсатора. • Под зарядом конденсатора понимают абсолютное значение заряда одной из обкладок. Конденсаторы Емкость плоского конденсатора. S С d E = E1 + E2 + … E = E1 + E2 q E 2 S 0 q C U U Ed 0 S d Еитог q 0S Конденсаторы Параллельное соединение конденсаторов. Последовательное соединение конденсаторов. С1 С2 С С1 С2 ... С1 С2 1 1 1 ... С С1 С2 Конденсатор у 0 х у х у х 0 у 0 х 0 х const Eqчаст у 0 у at a mчаст Энергия заряженного конденсатора W E + E WE q d 2 - q C U 2 CU 2 2 q qU 2 2C Энергия заряженного конденсатора Плоский конденсатор. С 0 S d U Ed CU 2 W E 2 1 2 WE 0E Sd 2 W W wE V Sd 1 wE 0E 2 2 Дж wE 3 м - плотность энергии эл. поля.
