Физика | Методические указания

Физика | Методические указания

ЭЛЕКТРОСТАТИКА

«Электростатика» рассматривает электрические поля, которые создаются неподвижными электрическими зарядами. Такие поля называются электростатическими. Для обнаружения и опытного исследования электростатического поля используется пробный заряд — такой заряд, который не искажает исследуемое поле. Силовой характеристикой электростатического поля является напряжённость – векторная физическая величина, определяемая силой, действующей на единичный положительный (пробный) заряд, помещённый в исследуемую точку поля,

Энергетической характеристикой электростатического поля является потенциал — скалярная физическая величина, определяемая потенциальной энергией единичного положительного заряда, помещённого в исследуемую точку поля,

Электростатическое поле изображают с помощью силовых линий (линий напряженности ) и с помощью эквипотенциальных поверхностей (поверхностей равного потенциала ).

При помещении диэлектрика во внешнее электростатическое поле он поляризуется т.е. приобретает дипольный момент. Для количественного описания поляризации диэлектрика пользуются поляризованностью — векторной физической величиной, определяемой как дипольный момент единицы объема диэлектрика,

Вектор напряженности , переходя через границу двух диэлектриков претерпевает скачкообразное изменение, создавая тем самым неудобства при расчете электростатических полей. Поэтому вводят дополнительную (помимо) характеристику — вектор электрического смещения .

Графически поле в диэлектрике изображается как с помощью линий вектора напряженности , так и с помощью линий вектора электрического смещения . Отличие заключается только в том, что линии вектора Е могут начинаться и заканчиваться на любых (свободных и связанных) зарядах, а линии вектора — лишь на свободных (сторонних) зарядах.

Помещение проводника во внешнее электростатическое поле вызывает искажение последнего: линии поля проводника становятся перпендикулярными его поверхности. Величина напряженности определяется поверхностной плотностью зарядов.

Поверхностные заряды на проводнике перераспределяются до тех пор, пока поле индуцированных зарядов не скомпенсирует внешнее поле внутри проводника. Поэтому электростатическое поле внутри проводника отсутствует, а весь объем проводника является эквипотенциальным.

Взаимодействие двух точечных неподвижных зарядов описывается законом Кулона. Величина кулоновской силы определяется формулой

где — сила взаимодействия между точечными зарядами и ;

— расстояние между ними;

— диэлектрическая проницаемость среды;

— электрическая постоянная.

Сила является силой притяжения

, если взаимодействующие заряды имеют разные знаки; и силой отталкивания, если они – одноименные.

Для решения задач удобно использовать объемную, поверхностную и линейную плотности заряда:

;      ;     .

Потоком

вектора напряжённости электростатического поля через произвольную поверхность называется интеграл вида

, где ; — элементарная площадка; — нормаль к ней; — проекция вектора напряженности на направление нормали.

Напряженность электростатического поля, образованного несколькими зарядами (или электрическим зарядом, распределенным по некоторому телу) рассчитывается с помощью принципа суперпозиции:

— для дискретного распределения зарядов, где — напряжённость поля, создаваемого — зарядом в данной точке поля;

— для непрерывного распределения заряда (интегрирование ведется по объему заряженного тела), где — напряженность поля, создаваемого элементарным зарядом в данной точке пространства.

В том случае, когда известна конфигурация поля заряженного тела, при решении задач целесообразно использовать

теорему Гаусса для электростатического поля в вакууме: поток вектора напряженности электростатического поля в вакууме сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов заключенных внутри этой поверхности, деленной на :

— для непрерывного распределения заряда по объёму V;

— для дискретного распределения зарядов внутри замкнутой поверхности .

Напряженность поля, создаваемого равномерно заряженной (с поверхностной плотностью заряда ) бесконечной плоскостью, определяется как

,

где – диэлектрическая проницаемость среды, в которой находится заряженная плоскость. В этом случае электростатическое поле является однородным, т.к. его напряженность не зависит от расстояния до плоскости.

Напряженность поля, создаваемого двумя бесконечными параллельными разноименно заряженными плоскостями с одинаковой по модулю поверхностной плотностью зарядов, выглядит следующим образом:

Такой вид поля реализуется в плоском конденсаторе. Сила, действующая на заряд, помещенный в любую точку данного поля – одинакова, т.е. поле, как и в предыдущем случае, является однородным.

Напряженность поля, создаваемого равномерно заряженной сферической поверхностью в окружающем ее пространстве рассчитывается

также, как напряженность поля точечного заряда; внутри сферы электростатическое поле отсутствует:

где — радиус сферы, — заряд на ее поверхности; — расстояние от центра сферы до исследуемой точки поля.

Напряженность поля, создаваемого равномерно заряженным (с линейной плотностью заряда ) бесконечным цилиндром,

Электростатическое поле цилиндра обладает аксиальной симметрией. Силовые линии поля перпендикулярны боковой поверхности цилиндра.

Электростатическое поле является потенциальным: работа кулоновских сил по перемещению заряда не зависит от формы траектории последнего, а определяется только положением начальной и конечной точек. Если перемещать заряд по замкнутой траектории, то работа полем не совершается.

Циркуляция вектора напряженности электростатического поля вдоль (замкнутого) контура также равна нулю:

где — элемент контура L, по направлению совпадающий с направлением с направление обхода контура; El — проекция вектора на направление

Напряженность и потенциал – две характеристики электростатического поля.

Поскольку обе они относятся к одному и тому же физическому объекту – электростатическому полю, – то между ними существует определенная связь.

Связь между потенциалом электростатического поля и его напряженностью:

где

Знак «минус» показывает, что вектор направлен в сторону убывания потенциала.

Для описания электростатического поля в диэлектриках пользуются понятием электрического диполя – системы двух равных по модулю разноименных электрических зарядов, расположенных на расстоянии l.

Электрический момент диполя (дипольный момент): где — электрический заряд; l – плечо диполя. В электростатическом поле диэлектрик поляризуется. Количественной характеристикой степени поляризации является поляризованность. Вектор поляризованности определен выше.

Между поляризованностью вещества и напряженностью электростатического поля в изотропном диэлектрике существует связь, выражаемая формулой,

æ,

где æ — диэлектрическая восприимчивость вещества, определяемая как

æ

Диэлектрическая проницаемость e показывает, во сколько раз диэлектрик ослабляет внешнее поле. Для более рационального описания электростатического поля в диэлектрике вводят вектор электрического смещения:

.

Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике: поток вектора смещения электростатического поля в диэлектрике сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности свободных электрических зарядов:

— для дискретного распределения зарядов внутри замкнутой поверхности ;

— для непрерывного распределения заряда по объёму .

Таким образом, электростатическое поле в диэлектрике характеризуется тремя физическими величинами , и . Связь между векторами электрического смещения , поляризованности и напряженности электростатического поля для изотропного диэлектрика задается формулой

.

Вектор электрического смещения определяется объемной плотностью сторонних зарядов в диэлектрике:

где ;

– проекции вектора на координатные оси.

Вектор определяется объемной плотностью связанных зарядов в диэлектрике:

На границе раздела сред с различными диэлектрическими проницаемостями линии векторов и испытывают преломление:

;     ;      ,

где и — поверхностные плотности сторонних и связанных зарядов;

— нормаль к поверхности раздела, направленная из первой среды во вторую;

— орт, касательный к поверхности;

и – диэлектрические проницаемости первой и второй среды соответственно.

У поверхности заряженного проводника в вакууме касательная и нормальная составляющая вектора определяется формулами:

,     ,

а внутри проводника электрическое поле отсутствует.

Уединенный проводник обладает электрической емкостью:

,

где — заряд проводника, – его потенциал.

Два разноименно заряженных проводника, между которыми помещен слой диэлектрика, образуют конденсатор. Конденсаторы различной формы обладают различной электрической емкостью. Электрическая емкость конденсаторов:

плоского –

,

где — площадь одной из пластин;

— расстояние между пластинами;

цилиндрического –

,

где — длина конденсатора;

и — внутренний и внешний радиусы обкладок конденсатора соответственно;

сферического –

,

где и — внутренний и внешний радиусы обкладок конденсатора соответственно.

Для варьирования емкости конденсаторы соединяют в батареи.

Электрическая ёмкость параллельно соединенных конденсаторов рассчитывается как

.

Электрическая ёмкость последовательно соединенных конденсаторов рассчитывается как

.

Любое заряженное тело и электростатическое поле, им созданное, обладают энергией. Энергия заряженного уединенного проводника рассчитывается по формулам:

,

где — заряд проводника; — его потенциал; — емкость проводника.

Электростатическое поле заряженного конденсатора обладает энергией

,

где — емкость конденсатора, заряд на его обкладках и разность потенциалов между ними.

Энергия, приходящаяся на единицу объема, называется объемной плотностью энергии электростатического поля и рассчитывается по формуле

;

все величины, входящие в формулу, определены выше.

Силовая характеристика поля напряженность. Электрическое поле, его силовая характеристика, напряженность

21.02.2019 Электричество и магнетизм

«Потенциал поля» — Физический смысл разности потенциалов. На замкнутой траектории работа электростатического поля равна 0. Энергетические характеристики электростатического поля. Напряженность внутри проводника = 0, значит и разность потенциалов внутри = 0. Величина потенциала считается относительно выбранного нулевого уровня.

«Электризация тел» — Развитие познавательной деятельности учащихся через игровые формы уроков. Электризация. «Электризация в природе и в жизни» Подготовила учитель физики: Султанова У.Р. «Отыщи всему начало и ты многое поймешь. Развитие навыков выделять электрические явления в природе и технике. Элетризация. Увелечение производительности труда, 50% экономия краски.

«Электрическое поле и его напряжённость» — Демонстрация электрического поля заряженных электрических султанов. Основные свойства электрического поля. Линии электрического поля начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных. Какие существуют виды электрических зарядов? ? вопрос: Какой из зарядов положительный? Напряженность поля точечного заряда.

«Напряженность электрического поля» — Единица измерения напряжения в системе СИ: [ U ] = 1 B 1 Вольт равен электрическому напряжению на участке цепи, где при протекании заряда, равного 1 Кл, совершается работа, равная 1 Дж: 1 В = 1 Дж/1 Кл. Связь между напряженностью электрического поля и потенциалом Как известно, в потенциальном поле сила может быть получена из потенциальной энергии из соотношения.

«Потенциал в физике» — Вопрос №4. На рисунке – сечение уединенного проводящего полого шара. Вопрос №6. Вопрос №5. Тест по физике «Электрическое поле». 3 2 1. Что показывает потенциал поля в данной точке. Вопрос №1. Заряд на обкладках конденсатора. Вопрос №3.

«Заряд электрического поля» — Электрическим полем называют вид материи, посредством которой происходит взаимодействие электрических зарядов. В однородном электростатическом поле перемещается положительный заряд из точки 1 в точку 2 по разным траекториям. Потенциал точечного заряда. Закон Кулона.

Всего в теме 9 презентаций

Электрическое поле – это материальная среда, передающая взаимодействие электрических зарядов в соответствии с законом Кулона. Электрическое поле действует только на электрические заряды и может быть исследовано с помощью пробного заряда — небольшого по величине положительного заряда, чтобы он как можно меньше искажал исследуемое поле. Сила, действующая на пробный заряд пропорциональна величине этого пробного заряда.

Коэффициент пропорциональности служит силовой характеристикой поля в данной точке и называется напряженностью электрического поля . Напряженность векторная величина, вектор напряженности направлен туда же куда и вектор силы. Напряженность измеряется силой действующей на единичный пробный заряд, помещенный в данную точку поля, ее можно найти по закону Кулона:

Здесь q – заряд создающий поле, r – расстояние от данной точки поля до заряда; если заряд распределен на поверхности шара, то r – расстояние от данной точки поля до центра шара, причем внутри шара поля нет и напряженность равна нулю. Если поле создано несколькими зарядами, то напряженность в любой его точки равна геометрической сумме напряженности, созданных в этой точке каждым зарядом в отдельности.

Линии напряженности, однородное поле.

Можно изображать электрическое поле с помощью векторов напряженности, но не всегда удобно. Фарадей предложил изображать электрическое поле с помощью силовых линий или линий напряженности.

Это такие линии по касательной к каждой точке которых располагаются векторы напряженности. Линии напряженности считают направленными туда, куда указывают векторы напряженности. Графически изображая поле следует помнить :

1. линии напряженности нигде не пересекаются;

2. начинаются линии на положительных зарядах или в бесконечности, а заканчиваются на отрицательных или в бесконечности;

Между зарядами нигде не прерываются.

При расчетах условно считают, что через единицу площади перпендикулярной линиям проходит число линий равное напряженности, в том месте, где находится эта поверхность. Электрическое поле, вектор напряженности во всех точках которого одинаковы по величине и направлению называется однородным . Линии напряженности однородного поля параллельны и располагаются на одинаковых расстояниях друг от друга. Однородным является поле между двумя разноименно заряженными пластинами, если размеры пластин больше по сравнению с расстоянием между ними.

ЗАДАЧИ К БЛОКУ 6

1. Два равных положительных заряда находятся на расстоянии 10 см друг от друга и отталкиваются с силой 1000 н. Определить величину каждого заряда.

Дано:

r =10 см =10×10 -2 м

F = 1000 н =10 3 н

________________

q 1 = q 2 = q – ?

Решение:

Если не указана среда, то следует считать, что заряды находятся в воздухе или в вакууме: e = 1. Запишем формулу закона Кулона с учетом, что q 1 =q 2 =q ; откуда

Подставим значения:

Ответ: 3,3×10 -5 Кл

Действия над размерностями:

2. Ядро какого атома имеет электрический заряд равный 1,312×10 -17 Кл.

Дано:

q = 1,312×10 -17 К

e = 1,660×10 -19 Кл

Решение:

Найдем сколько элементарных зарядов содержит данное ядро

Искомый элемент занимает 82 место в таблице Менделеева, значит это свинец.

3. На заряд 4×10 -8 Кл в некоторой точке электрического поля другого заряда действует сила 0,03 Н. Определить напряженность поля второго заряда в данной точке.

Дано:

q 1 = 4×10 -8 Кл

F = 0,03 Н

Решение:

Сила, действующая на заряд, помещенный в данную точку поля пропорциональна величине этого заряда. Коэффициент пропорциональности есть силовая характеристика поля в данной точке, т.е. напряженность.

Ответ: 7,5 × 10 5 Н/Кл

4. Определить напряженность электрического поля точечного заряда 2,7×10 -6 Кл на расстоянии 10 см. Заряд находится в воде.

Дано:

q =2. 7×10 -6 Кл

r =10 см =0,1 м

Решение:

Примечание: e 0 — выражается дробью:

Приведите характеристики линий электрического поля.

КУМАР ПРАКАШАН-ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАРЯДЫ И ПОЛЯ-РАЗДЕЛ А ВОПРОСЫ-ОТВЕТЫ (ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПОЛЕВЫЕ ЛИНИИ)

4 видео

РЕКЛАМА

Ab Padhai karo bina ads ke

Khareedo sikarukisari DN Pro и dedekho !

Войти, если уже приобретено

Обновлено: 27-06-2022

Текст Решение

Решение

(i) Касательная в любой точке на линии электрического поля дает направление электрического поля в этой точке.
(ii) Две линии электрического поля никогда не пересекаются. Если они это сделают, то в точке пересечения будут две касательные и, следовательно, два направления электрического поля в одной и той же точке, что невозможно. Следовательно, две силовые линии никогда не могут пересекаться.
(iii) Распределение силовых линий электрического поля в любой области поля дает напряженность поля в этой области.
(iv) Силовые линии однородного электрического поля равноудалены и параллельны друг другу.
(v) Силовые линии стационарного электрического заряда не образуют замкнутых петель.
На практике количество силовых линий, проходящих через любую область поля, контролируется таким образом, чтобы количество силовых линий, проходящих через единицу площади, перпендикулярной силовой линии в этой точке, было пропорционально интенсивности данного поля.

Ответить

Пошаговое решение, разработанное экспертами, чтобы помочь вам в решении вопросов и получении отличных оценок на экзаменах.

---

Видео по теме

Назовите два свойства линий электрического поля.

12296459

Напишите любые три свойства силовых линий магнитного поля.

316152954

Укажите характеристики электрического поля

614517140

Объясните линии электрического поля и величину электрического поля.

614517152

Приведите характеристики силовых линий магнитного поля.

614520328

Линии электрического поля Наглядно представляют электрическое поле:- Нарисуйте линии электрического поля из-за электрического диполя.

643138475

Линии электрического поля || Электрическое поле || Свойства электрического поля

643442696

01:15:42

Электрическое поле#!#Линии электрического поля

644248535

01:13:59

Электрическое поле#Поле##Поле##Поле# !#Field Lines

644281412

01:12:16

Укажите основную разницу между линиями магнитного поля и линиями электрического поля.

644494124

Текстовое решение

વિદ્યુત ક્ષેત્રરેખા વ્યાખ્યાયીત કરી તેની આગત્યની બે લાક્ષણિકતા જણાવો.

644520491

расчет электрического поля #!#движение под действием электрического поля#!#линии электрического поля

644621889

Для следующих линий электрического поля электрическое поле равно

645075310

3 90 Lines Electric Field#! Свойства линий электрического поля

645348336

Как линии электрического поля дают нам представление о напряженности электрического поля в различных точках?

646341545

РЕКЛАМА

• КУМАР ПРАКАШАН-ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАРЯДЫ И ПОЛЯ-РАЗДЕЛ A ВОПРОСЫ-ОТВЕТЫ (ЛИНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ)

• Объясните линии электрического поля и величину электрического поля.

  03:05

• Как линии поля зависят от площади или от телесного угла, образуемого площадью?

  02:26

• Нарисуйте линии электрического поля с простым распределением заряда.

  04:15

• Приведите характеристики линий электрического поля.

  04:07

Упомянутые характеристики электрического поля

Кумар Пракашан-Электрические заряды и поля-ВОПРОСА Khareedo DN Pro и дехо сари видео бина киси объявление ки rukaavat ке!

Войдите в систему, если она уже приобретена

Обновлено: 27 июня 2022 г.0003

Характеристики электрического поля следующие:
(i) Заряд Q, создающий электрическое поле, называется зарядом источника, а заряд q, проверяющий действие заряда источника, называется пробным зарядом.
Однако, если заряд q поместить в любую точку вокруг Q, сам Q будет испытывать электрическую силу, обусловленную q, и будет стремиться двигаться. Выход из этой трудности состоит в том, чтобы сделать q пренебрежимо малым. Тогда сила →F пренебрежимо мала, но отношение Fq конечно и определяет электрическое поле:
→E=limq=0→Fq
(ii) Обратите внимание, что электрическое поле →E, обусловленное Q, хотя и определяется операционально в терминах некоторого пробного заряда q, не зависит от q. Это связано с тем, что →F пропорционально q, поэтому отношение F/q не зависит от q.
Поле существует в каждой точке трехмерного пространства.
(iii) Для положительного заряда электрическое поле будет направлено радиально наружу от заряда, как показано на рисунке (а).

Для отрицательного заряда вектор электрического поля в каждой точке направлен радиально внутрь, как показано на рисунке (b).

(iv) Поскольку величина силы →F, действующей на заряд q из-за заряда Q, зависит только от расстояния r заряда q до заряда Q, величина электрического поля →E также будет зависеть только от расстояния r.
∴E∝1r2
Электрическое поле, создаваемое точечным зарядом, имеет сферическое восприятие.
(v) Направление электрической силы на единицу заряда в любой точке считается направлением электрического поля.
(vi) Фарадей дал первое представление об электрическом поле.

Ответьте

Пошаговое решение, разработанное экспертами, которое поможет вам избавиться от сомнений и получить отличные оценки на экзаменах.

---

Похожие видео

Укажите характеристики плавающего тела.

46938178

इनके दो गुण लिखिये।

95020704

Укажите и пять свойств линий электрического поля.

187408714

Укажите порядок напряженности электрического поля в области обеднения несмещенного диода.

203479856

Укажите характеристики обратимой реакции.

234815536 ​​

Назовите особенности легкого дыхания.

306311213

Укажите характеристики ковалентных соединений.

403364065

Text Solution

इसके दो गुणों का उल्लेख करें |

419668180

Укажите характеристики экологических пирамид

589029723

Дайте характеристики линий электрического поля.