Основы электростатики

Закон Кулона Сила взаимодействия между точечными, а также сферически симметричными заряженными телами определяется законом Кулона: Здесь ε 0 – электрическая постоянная, равная ε 0 = 8,854·10 –12 Кл 2 /(Н·м 2 ).

Закон сохранения электрического заряда Одним из фундаментальных законов природы является закон сохранения электрического заряда. В изолированной системе сумма всех зарядов – постоянная величина: q1 + q2 + q3 + … + qn = const.

БЛИЗКОДЕЙСТВИЕ И ДАЛЬНОДЕЙСТВИЕ Теория близкодействия - определяет вхзаимодействие между заряженными телами с помощью промежуточной среды (посредством электрического поля - Фарадей, Максвелл). Теория действия на расстоянии - взаимодействие между заряж. телами, передается мгновенно на любые расстояния через пустоту. (Кулон) Победила ТЕОРИЯ БЛИЗКОДЕЙСТВИЯ !!

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ - существует вокруг электрического заряда, материально. Основное свойство электрического поля: действие с силой на эл.заряд, внесенный в него. Электростатическое поле- поле неподвижного эл.заряда, не меняется со временем.

Напряженность электрического поля. Векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой электрического поля. Равна отношению силы, с которой поле действует на внесенный точечный положительный заряд к величине этого заряда. не зависит от величины внесенного заряда, а характеризует электрическое поле!

Направление вектора напряженности совпадает с направлением вектора силы, действующей на положительный заряд, и противоположно направлению силы, действующий на отрицательный заряд. - + направлена от заряда + - направлена к заряду

Напряженность поля точечного заряда: - + ε- диэлектрическая проницаемость среды

ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ ( НАЛОЖЕНИЯ ) ПОЛЕЙ Если в данной точке пространства различные электрически заряженные частицы создают электрические поля с напряженностью то результирующая напряженность в данной точке поля равна геометрической сумме напряженностей. + -

Графическое изображение электрических полей Силовые линии эл. поля - непрерывные линии, касательными к которым в любой точке совпадают по направлению с векторами напряженности в этих точках. Свойства силовых линий: не замкнуты (идут от + заряда к - ), непрерывны, не пересекаются, их густота говорит о напряженности поля (чем гуще линии, тем больше напряженность).

Линии напряженности

Однородное электростатическое поле Электрическое поле, напряженность которого одинакова во всех точках пространства, называется однородным

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ заряженного шара. Есть заряженный проводящий шар радиусом R. заряд равномерно распределен лишь по поверхности шара! Напряженность эл. поля снаружи: внутри шара Е = 0

РАБОТА СИЛ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ Fэл, действующая на заряд, перемещает его, совершая работу. В однородном электрическом поле Fэл = qE - постоянная величина Электрическое поле потенциально: Работа поля (эл. силы) не зависит от формы и длины траектории и на замкнутой траектории = нулю.

Работа сил электростатического поля Где А- работа, q- электрический заряд, Е- напряженность электрического поля, - расстояние, на которое перемещается электрический заряд

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО ТЕЛА В ОДНОРОДНОМ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ Электростатическая энергия - потенциальная энергия системы заряженных тел Так как работа поля не зависит от формы траектории, то одновременно сравнивая формулы работы, получим потенциальную энергию заряда в однородном электростатическом поле Если поле совершает положительную работу ( вдоль силовых линий ), то потенциальная энергия заряженного тела уменьшается и наоборот.

ПОТЕНЦИАЛ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ -энергетическая характеристика эл. поля. - равен отношению потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду. - скалярная величина, определяющая потенциальную энергию заряда в любой точке эл. поля.

Потенциал электростатического поля точечного заряда +

Принцип суперпозиции для потенциалов Потенциал результирующего поля в данной точке пространства равен алгебраической сумме потенциалов, создаваемых в этой точке отдельными зарядами. Величина потенциала считается относительно выбранного нулевого уровня.

РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ ( НАПРЯЖЕНИЕ ) - это разность потенциалов в начальной и конечной точках траектории заряда. Напряжение между двумя точками ( U ) равно разности потенциалов этих точек и равно работе поля по перемещению единичного заряда.

СВЯЗЬ МЕЖДУ НАПРЯЖЕННОСТЬЮ ПОЛЯ И РАЗНОСТЬЮ ПОТЕНЦИАЛОВ Чем меньше меняется потенциал на отрезке пути, тем меньше напряженность поля. Напряженность эл. поля направлена в сторону уменьшения потенциала.

ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ поверхности, все точки которых имеют одинаковый потенциал Эквипотенциальная поверхность имеется у любого проводника в электростатическом поле, т.к. силовые линии перпендикулярны поверхности проводника. Все точки внутри проводника имеют одинаковый потенциал Напряженность внутри проводника = 0, значит и разность потенциалов внутри = 0.

Эквипотенциальные поверхности Синего цвета

Проводники в электростатическом поле Проводник –это вещество обладающее свободными зарядами (электроны, ионы) Электростатическая индукция Напряженность поля внутри проводника равна нулю, а поверхность проводника является эквипотенциальной напряженность внешнего поля -напряженность, созданная перераспределением зарядов

Диэлектрик Вещество, обладающее только связанными зарядами, не проводит электрический ток Состоят из молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают + - диполь Состоят из молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают

Поляризация полярного диэлектрика В электрическом поле диполи ориентируются вдоль силовых линий, происходит поляризация диэлектрика Связанные заряды на поверхности диэлектрика создают внутри него поле Е΄, ослабляющее внешнее электрическое поле Е 0

Поляризация неполярного диэлектрика В электрическом поле молекулы деформируются, образуются диполи, ориентированные вдоль силовых линий, происходит поляризация диэлектрика Электрическое поле внутри проводника ослабляется

Законы постоянного тока Сила тока- скалярная физическая величина, численно равная заряду, который переносится за единицу времени через поперечное сечение проводника.

Сопротивление

Зависимость сопротивления от температуры α- температурный коэффициент сопротивления для металлов Чистые металлы

Соединения проводников Последовательное Параллельное Для N одинаковых проводников

Работа тока

Мощность

Количество теплоты

Закон Ома для полной цепи. Сторонние силы- это силы любой природы (кроме электрической), которые разделяют заряды внутри источника тока. Виды сторонних сил: механические, магнитные, химические, световые, тепловые Электродвижущая сила (В) характеризует работу сторонних сил по перемещению зарядов внутри источника:

Закон Ома для полной цепи R- полное сопротивление внешней цепи, r- внутреннее сопротивление источника

Сила тока короткого замыкания

Напряжение на внешней цепи

КПД источника тока:

Соединения источников Последовательное соединение Параллельное соединение Схема Эквивалентное внутреннее сопротивление

Соединения источников Последовательное соединение Параллельное соединение Эквивалентное ЭДС Закон Ома для n одинаковых источников

Направление тока и знаки ЭДС Если, то + Если, то -

Проверь себя: 1) В проводнике в течение 2 с ток равномерно возрастал от 0 до 6 А. Какой заряд был за это время перенесен через проводник? Ответы: 1) 12 Кл 2) 6 Кл 3) 3 Кл 4) 1,5 Кл

Проверь себя: 2) По проводнику сопротивлением 5 Ом течет ток 12 А. Каково напряжение между концами проводника? Ответы: 1) 0,42 В 2) 42,4 В 3) 0,017 В 4) 60В

Проверь себя: 3) Электрическая цепь состоит из одинаковых резисторов по 6 Ом каждый. Чему равно сопротивление цепи между точками А и В? Ответы: 1) 2 Ом 2) 9 Ом 3) 18 Ом 4) 6 Ом