Электрическое поле. (лекция 1а) презентация

Лекция 1а. Электрическое поле Курс физики для студентов БГТУ Заочный факультет для специальностей ХТНМС, ХТОМС Кафедра физики БГТУ доцент Крылов Андрей Борисович

1. Элементарный заряд. Закон сохранений заряда Под зарядами понимают физическое свойство элементарной зараженной частицы оказывать силовое воздействие на другую заряженную частицу. Несмотря на огромное разнообразие веществ в природе существуют только два типа электрических зарядов: положительные, которые возникают, например, на стекле при трении его кожей, и отрицательные - на эбоните, потертом о мех. Одноименные заряда отталкиваются, разноименные – притягиваются.

Электризация тел. Закон сохранения электрического заряда Все тела в природе способны электризоваться, т.е. приобретать (отдавать) электрический заряд. Электризация тел может осуществляться различными способами: соприкосновением (трением), электростатической индукцией при помещении тела во внешнем электрическое поле и др. Всякий процесс электризации сводится к разделению зарядов, при котором на одном из тел (или частей тела) появляется избыток положительных зарядов, а на другом (или другой части тела) - избыток отрицательных зарядов. Общее количество зарядов обоих знаков, содержащихся в телах не изменяется, заряды только перераспределяются между телами. Электрически замкнутая система - система, не обменивающаяся зарядами с внешними телами. Закон сохранения электрического заряда - алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы остается неизменной, какие бы процесса не происходили бы внутри этой системы:

Закон Кулона Вывод: любой электрический заряд qa создает вокруг себя электрическое поле, которое с силой Кулона Fк действует на любой другой заряд, который как бы пробует поле, поэтому часто называется пробным зарядом qп.

2. Понятие электрического поля Поле – это особый вид материи, существующий наряду с веществом, но не воспринимаемый непосредственно человеческими чувствами. С помощью соответствующей аппаратуры наличие поля легко определяется. Поля бывают: 1) электрические, 2) магнитные и 3) гравитационные.

Характеристики электрического поля Электрическое поле имеет две характеристики: 1) Напряжённость - силовая характеристика 2) Потенциал φ - энергетическая характеристика

Принцип суперпозиции для сил и напряженностей электрического поля Для кулоновских сил: Если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила F, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил Fi, действующих на это тело со стороны всех других заряженных тел:

Силовые линии Силовые линии – линии, касательные к которым в каждой точке поля параллельны направлению напряженности в этой точке. Аналогичны линиям тока в гидродинамике. Силовые линии всегда начинаются на положительном заряде, оканчиваются на отрицательном заряде.

3. Поток вектора напряженности ФЕ Определим поток вектора Е через произвольную поверхность dS. Можно ввести вектор площади: n - нормаль к поверхности, α - угол между нормалью и силовой линией вектора напряженности Е. Поток вектора напряженности ФЕ («фи большое») - скалярная величина, равная скалярному произведению вектора напряженности на вектор площади S.

Теорема Гаусса Поток вектора напряженности ФЕ является алгебраической (аддитивной) величиной: зависит не только от конфигурации поля Е, но и от выбора направления n. Для замкнутых поверхностей за положительное направление нормали принимается внешняя нормаль, т.е. нормаль, направленная наружу области, охватываемой поверхностью.

4. Работа в электрическом поле Электростатическое поле обладает важным свойством: работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории, а определяется только положением начальной и конечной точек и величиной заряда. Если в качестве пробного заряда q0 , переносимого из точки А поля в точку В, взять единичный положительный заряд, то элементарная работа сил поля на перемещении dl равна Edl, а вся работа сил поля на пути от точки А до точки В определяется суммированием (интегралом) по элементарным перемещениям:

Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Потенциальная энергия Wпот Это равенство называется теоремой о циркуляции вектора. Вывод: из этой теоремы следует, что силовые линии электростатического поля Е не могут быть замкнутыми.

Электрический потенциал φ Потенциал φ (греческая буква «фи») – это физическая скалярная величина (т.е. число, в отличие от вектора), равная отношению потенциальной энергии Wпот электрического заряда qа, создающего поле в данной точке, к величине пробного заряда qп:

Свойства потенциала электростатического поля 1. Это скалярная величина. 2. Потенциал величина непрерывная, он не изменяется на границе раздела двух заряженных сред. 3. На бесконечности потенциал системы неподвижных стационарных зарядов полагается равным нулю. 4. Для потенциала электростатического поля справедлив принцип суперпозиции.

Эквипотенциальные поверхности Эквипотенциальные поверхности – это поверхности равного потенциала (φ=const). Значит, разность потенциалов φ1-φ2 на них равна нулю. Работа А по перемещению заряда вдоль эквипотенциальной поверхности равна нулю.

5. Взаимосвязь между напряженностью и потенциалом Вывод: принцип суперпозиции работает и для потенциала электрического поля. Таким образом, потенциал системы неподвижных точечных зарядов равен алгебраической сумме потенциалов, создаваемых отдельными зарядами:

Спасибо за внимание! Курс физики для студентов БГТУ Заочный факультет Кафедра физики БГТУ доцент Крылов Андрей Борисович