ВКЛ / ВЫКЛ: ИЗОБРАЖЕНИЯ: ШРИФТ: A A A ФОН: Ц Ц Ц Ц

ИНФОФИЗ - мой мир...

Весь мир в твоих руках - все будет так, как ты захочешь

ИНФОФИЗ - мой мир...

Весь мир в твоих руках - все будет так, как ты захочешь

МЕНЮ

Как сказал...

Неуважение к предкам есть первый признак безнравственности. А.С.Пушкин

Тестирование

По современным представлениям, электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждое заряженное тело создает в окружающем пространстве электрическое поле. Электрическое поле одного тела оказывает силовое действие на другое заряженное тело, и наоборот.

Электрическое поле это особая форма материи, через которую осуществляется взаимодействие электрических зарядов.

Оно существует реально, независимо от нас и от наших знаний о нём.

Главное свойство электрического поля – действие на электрические заряды с некоторой силой.

Электрическое поле, окружающее заряженное тело, можно исследовать с помощью пробного заряда – небольшого по величине точечного заряда, который не вносит заметного перераспределения исследуемых зарядов.

Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика электрического поля - напряженность.

Напряженность электрического поля – это векторная физическая величина, численно равная силе, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля, и направленная в сторону действия силы.

Напряженность электрического поля равная отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда

Напряженность электрического поля – векторная физическая величина, т.е. имеющая направление. Направление вектора совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд помещенный в данную точку поля.

Если поле создано положительным зарядом, то для того, чтобы определить направление вектора напряженности в т.А, мы мысленно помещаем в т.А положительный пробный заряд. Одноименно заряженные тела отталкиваются, поэтому сила, действующая на пробный заряд, а значит и вектор напряженности направлены от заряда, создающего поле.

Направление вектора напряженности электрического поля

Если поле создано отрицательным зарядом, то для того, чтобы определить направление вектора напряженности в т.А, мы мысленно помещаем в т.А положительный пробный заряд. Разноименно заряженные тела притягиваются, поэтому сила, действующая на пробный заряд, а значит и вектор напряженности направлены к заряду, создающему поле.

Направление вектора напряженности электрического поля

 

Направление вектора  зависит от знака заряда q  создающего электрическое поле:

  • если q > 0 (положительный) , то вектор  направлен по радиусу от заряда;

  • если q < 0 (отрицательный), то вектор  направлен к заряду.

Электрическое поле, которое создается неподвижным электрическим зарядом называются электростатическим.

В соответствии с законом Кулона, напряженность электростатического поля, создаваемого точечным зарядом q на расстоянии r от него, равна по модулю

Электрическое поле, векторы напряженности которого одинаковы во всех точках, называется однородным.

Если электрическое поле создается несколькими заряженными телами, то выполняетсяпринцип суперпозиции (наложения) полей точечных зарядов: напряженность электрического поля, создаваемого системой зарядов в данной точке пространства, равна векторной сумме напряженностей электрических полей, создаваемых в той же точке зарядами по отдельности:

Принцип суперпозиции напряженности

Для наглядного представления электрического поля используют силовые линии.

Силовой линией или линией напряженности называется такая линия, в каждой точке которой вектор напряженности поля направлен по касательной к ней.

Эти линии проводятся так, чтобы направление вектора  в каждой точке совпадало с направлением касательной к силовой линии:

При изображении электрического поля с помощью силовых линий, их густота должна быть пропорциональна модулю вектора напряженности поля.

Силовые линии полей положительных и отрицательных точечных зарядов изображены на рисунках:


а) силовые линии кулоновских полей (полей точечных зарядов)


б) силовые линии двух равных положительного и отрицательного зарядов

в) силовые линии двух равных положительных зарядов

Силовые линии однородного поля параллельны.

Линии напряженности электрического поля:

1) никогда не пересекаются;
2) не могут быть замкнуты сами на себя;
3) имеют начало на положительном заряде (или в бесконечности) и заканчиваются на отрицательном заряде (или в бесконечности).

При перемещении пробного заряда q в электрическом поле электрические силысовершают работу. Эта работа при малом перемещении  равна 


Работа электрических сил при малом перемещении заряда q.

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.

Следствием независимости работы от формы траектории является следующее утверждение: Работа сил электростатического поля при перемещении заряда по любой замкнутой траектори  и равна нулю.

Силовые поля, обладающие этим свойством, называют потенциальнымиили консервативными. Свойство потенциальности электростатического поля позволяет ввести понятие потенциальной энергии заряда в электрическом поле. Для этого в пространстве выбирается некоторая начальная точка (0), и потенциальная энергия заряда q, помещенного в эту точку, принимается равной нулю.

Потенциальная энергия заряда q, помещенного в любую точку (1) пространства, относительно фиксированной начальной точки (0) равна работе A10, которую совершит электрическое поле при перемещении заряда q из точки (1) в точку (0):

Wp1A10

(В электростатике энергию принято обозначать буквой W, так как буквой E обозначают напряженность поля.)

Так же, как и в механике, потенциальная энергия определена с точностью до постоянной величины, зависящей от выбора начальной точки (0). Такая неоднозначность в определении потенциальной энергии не приводит к каким-либо недоразумениям, так как физический смысл имеет не сама потенциальная энергия, а разность ее значений в двух точках пространства.

Потенциальная энергия заряда q, помещенного в электрическое поле, пропорциональна величине этого заряда.

Физическую величину, равную отношению потенциальной энергии электрического заряда в электростатическом поле к величине этого заряда, называют потенциалом φ электрического поля:

Потенциал φ является энергетической характеристикой электростатического поля.

Работа A12 по перемещению электрического заряда q из начальной точки (1) в конечную точку (2) равна произведению заряда на разность потенциалов 1 – φ2) начальной и конечной точек:

A12Wp1 – Wp2qφ1 – qφ2q1 – φ2)

Разность потенциалов φ1 – φ2 называется напряжением между точками 1 и 2 и обозначается U12или просто U

U = А/q

Напряжение между двумя точками поля численно равно работе сил поля по перемещению единичного заряда q между этими точками. Значит

А = qU

Работа сил поля при перемещении заряда q между двумя точками поля прямо пропорциональна напряжению между этими точками.

В Международной системе единиц (СИ) единицей потенциала и напряжения является вольт(В).

1В = 1Дж/1Кл

Во многих задачах электростатики при вычислении потенциалов за начальную точку (0) удобно принять бесконечно удаленную точку. В этом случае понятие потенциала может быть определено следующим образом:

Потенциал поля в данной точке пространства равен работе, которую совершают электрические силы при удалении единичного положительного заряда из данной точки в бесконечность.

Из принципа суперпозиции напряженностей полей, создаваемых электрическими зарядами, следует принцип суперпозиции для потенциалов: φ = φ1 + φ2 + φ3 + ...

Для наглядного представления электрического поля наряду с силовыми линиями используютэквипотенциальные поверхности.

Поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковые значения, называется эквипотенциальной поверхностью или поверхностью равного потенциала.

Силовые линии электрического поля всегда перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.

Эквипотенциальные поверхности кулоновского поля точечного заряда – концентрические сферы. На рисунке представлены картины силовых линий и эквипотенциальных поверхностей некоторых простых электростатических полей.

Эквипотенциальные поверхности (синие линии) и силовые линии (красные линии) простых электрических полей

В случае однородного поля эквипотенциальные поверхности представляют собой систему параллельных плоскостей.

Свойства эквипотенциальных поверхностей:

  1. В каждой точке эквипотенциальной поверхности вектор напряженности поля перпендикулярен ей и направлен в сторону убывания потенциала.
  2. Работа сил поля при перемещению заряда по эквипотенциальной поверхности равна нулю.

Электрическое поле имеет две характеристики: силовую (напряженность) и энергетическую(потенциал). Найдем связь между ними.

Если пробный заряд q совершил малое перемещение вдоль силовой линии из точки (1) в точку (2), то можно найти работу поля по перемещению этого заряда:

ΔA12qEΔl и   ΔA12 = – q2 – φ1) = – qΔφ = q1 – φ2) = qU,    где  φ1 – φ2 разность потенциалов.

qEΔlqU

E = U / Δl = (φ1 – φ2) / Δl Здесь l – координата вдоль силовой линии.

Это соотношение в скалярной форме выражает связь между напряженностью поляи потенциаломили напряжением: напряженность однородного поля численно равна разности потенциалов на единице длины линии напряженности.

Поле сильнее там, где быстрее изменяется потенциал.

Из этой формулы можно получить единицу напряженности в СИ. Она имеет наименование вольт не метр [В/м]

Яндекс.Метрика
© 2018. Dudko Elena | Infofiz.ru 2011-2018 All rights reserved Все права защищены. Дудко Елена. Все материалы взяты из открытых источников и представлены исключительно в ознакомительных целях, только на локальном компьютере. Все права на статьи, книги, видео и аудио материалы принадлежат их авторам и издательствам. Любое распространение и/или коммерческое использование без разрешения законных правообладателей не разрешается. .