Р АЗДЕЛ 3. Э ЛЕКТРОДИНАМИКА Т ЕМА 3.1. Э ЛЕКТРОСТАТИКА Неверов А.В.

О СНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ Электродинамика – это раздел физики, изучающий электромагнитные взаимодействия Электростатика – это раздел электродинамики, в котором рассматриваются свойства и взаимодействия неподвижных в инерциальной системе отсчета электрически заряженных тел и частиц, обладающих электрическими зарядами Электрический заряд – это физическая величина и свойство тел и частиц вступать электромагнитные взаимодействия

Э ЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАРЯДЫ Элементарными носителями являются протон и позитрон m P = 1, кг q P = 1, Кл Элементарными носителями являются электрон и антипротон m e = 9, кг q e = 1, Кл ПоложительныеОтрицательные Тело считается наэлекризованным, если на нем создан избыток положительных или отрицательных зарядов Электрические заряды называются точечными, если они распределяются на телах, размеры которых много меньше, чем любые другие расстояния в конкретной задаче

З АКОН К УЛОНА Сила взаимодействия между точечными электрическими зарядами ( кулонова сила ) прямо пропорциональна произведению этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними По закону Кулона: Одноименные заряды отталкиваются (сила отталкивания положительная); Разноименные заряды притягиваются (сила притяжения отрицательная)

Э ЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ Электромагнитным полем называется форма материи, посредством которой осуществляется электромагнитное взаимодействие заряженных частиц и тел, в общем случае движущихся в данной системе отсчета Электрическое поле – это одна из частей ЭМП, особенностью которой является то, что это поле создается электрическими зарядами или заряженными телами и воздействует на эти тела независимо от того, движутся они или покоятся Если электрические заряды покоятся, то их взаимодействие осуществляется посредством электростатического поля

Н АПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ Напряженность электрического поля – это векторная величина, определяющая силовую характеристику электрического поля Напряженность по направлению совпадает с силой, которая действует на пробный положительный заряд, помещенный в данную точку поля Поле называется однородным, если его напряженность одинакова в любой точке Для изображения силового поля используют силовые линии Если в пространстве электрическое поле создают несколько зарядов, то действует принцип суперпозиции

П РОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ Проводником называется вещество, в котором возможно упорядоченное перемещение электрических зарядов, т.е. может возникать электрический ток (металлы, водные растворы…) При образовании металлов валентные электроны взаимодействующих атомов отщепляются и становятся свободными (коллективизированными) электронами Если металлический проводник поместить в ЭСП, то к тепловому хаотическому движению электронов добавится упорядоченное движение под воздействием ЭСП Направление движения электронов в этом случае будет противоположным направленности ЭСП

П РОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ Если на проводник воздействует внешнее ЭСП E ex, то на одной из поверхностей проводника создастся избыток отрицательных зарядов, которые создадут внутри проводника внутреннее ЭСП E in. Данные поля будут разнонаправленными. При условии |E ex | = |E in | результирующее поле станет равным нулю и ток прекратится Под воздействием ЭСП заряды внутри проводника располагаются так, что напряженность поля внутри всегда будет равна 0 Если внутри проводника имеется полость, то внутри этой полости E = 0, независимо от внешнего ЭСП и заряда проводника – электростатическая защита

Д ИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ Диэлектрики – это вещества, не проводящие электрический ток Молекулы диэлектриков всегда нейтральны – суммарные положительные заряды их ядер всегда равны сумме отрицательных зарядов всех электронов Молекулы диэлектриков обладают свойствами электрических диполей – систем из двух зарядов q и – q, находящихся на расстоянии L, т.е. имеют дипольный момент p 0 = qL, где q – суммарный заряд ядер, L – расстояние между центрами масс молекул

П ОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКА При внесении диэлектрика во внешнее ЭСП происходит его поляризация, т.е. переход в такое состояние, когда в малом объеме вещества сумма дипольных моментов становится отличной от нуля

Р АБОТА СИЛ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ

П ОТЕНЦИАЛ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ Потенциал ЭСП – это энергетическая характеристика ЭСП, скалярная физическая величина, численно равная потенциальной энергии П единичного положительного заряда помещенного в некоторую точку пространства Разность потенциалов ЭСП равна работе, совершаемой силами поля при перемещении единичного заряда между точками, в которых зафиксированы потенциалы Потенциал равен работе, которую совершают внешние силы против ЭСП при перемещении заряда из бесконечности в данную точку При движении заряда он приобретает кинетическую энергию, равную работе А Напряженность ЭСП равна изменению потенциала ЭСП на единицу длины

Э ЛЕКТРОЕМКОСТЬ Электроемкость – это физическая величина, определяющая возможность проводника накапливать электрический заряд Электроемкость равна заряду, который изменяет его потенциал на единицу Электроемкость зависит от размеров проводника и его геометрической формы, но не зависит от материала проводника и его агрегатного состояния

К ОНДЕНСАТОР Конденсатор – это прибор для накопления электрического заряда, который состоит из двух разнозаряженных проводников (обкладок) и прослойки Конденсатор характеризуется своей емкостью Увеличение емкости достигается параллельным подключением конденсаторов При последовательном подключении суммарная емкость будет всегда меньше, чем минимальная для всех конденсаторов