Графическое изображение электрических полей
Электрическое поле: понятие, виды, основные характеристики
Электрический заряд – это свойство частиц материи (или тел), характеризующее интенсивность электромагнитного взаимодействия. Единица измерения в СИ: 1 Кл = 1А×с.
Элементарный электрический заряд е = 1,6×10-19 Кл. Носитель элементарного отрицательного электрического заряда – электрон (me = 9,11×10-31 кг); носитель элементарного положительного электрического заряда – протон (mр = 1,67×10-27 кг).
Фундаментальные свойства электрического заряда:
| Существует в двух видах:положительный и отрицательный. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. | |
| Электрический заряд дискретен. | |
| Электрический заряд аддитивен. | |
| Электрический заряд подчиняется закону сохранения заряда. |
Закон сохранения электрического заряда
Алгебраическая сумма электрических зарядов любой изолированной системы сохраняется.
| (1.1) |
Изолированная система – система, не обменивающаяся зарядами с внешними телами.
| Закон Кулона Модуль силы взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорционален зарядам q1и q2 и обратно пропорционален квадрату расстояния r между ними: |
(1.2)
где ε0 – электрическая постоянная, относящаяся к числу фундаментальных физических постоянных; ε0 = 8,85×10–12 Ф/м.
|
|
|
Точечным зарядом называется заряженное тело или частица, размеры которого (которой) пренебрежимо малы по сравнению с расстояниями до других зарядов рассматриваемой системы.
Если взаимодействующие заряды находятся в однородной и изотропной среде, то кулоновская сила
(1.3)
где ε – диэлектрическая проницаемость среды
Взаимодействие между покоящимися зарядами осуществляется черезэлектрическое поле.
Если все заряды, создающие поле, в данной системе отсчета неподвижны, то поле называется электростатическим.
Электрическое поле – векторное поле, определяющее воздействие на заряженные частицы, не зависящее от их скоростей. Электрическое поле является одной из компонент единого электромагнитного поля.
Количественные характеристики поля
Электрическое поле имеет две основные характеристики: силовую – напряжённость ( 
) и энергетическую – потенциал ( j ), а также разность потенциалов ( j 1 - j 2 ).
Рис.1.2
| Пробным зарядом называется положительный точечный заряд, который вносится в данное электромагнитное поле для измерения его характеристик. На пробный заряд qпр в поле, которое создает неподвижный точечный заряд q, действует сила Кулона (рис.1.2): |
Напряженностью электрического поляв данной точке называетсяотношение силы, действующей со стороны электрического поля на покоящийся пробный заряд
|
|
|
Единица измерения в СИ: 1Н/Кл = 1 В/м.
Напряженность численно равна силе, действующей со стороны электрического поля на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля.
Рис. 1.3. Направление напряженности электрического поля, создаваемого положительным (а) и отрицательным (б) зарядами
|
Направление этого вектора определяет направление силы, действующей на положительный заряд, помещенный в рассматриваемую точку поля (рис. 1.3).
Если известна напряженность поля в какой-либо точке, то тем самым определена и сила, действующая на электрический заряд, помещенный в эту точку:
| (1.6) |
При перемещении заряда из одной точки поля в другую силы поля совершают работу, которая не зависит от формы пути. Для вычисления этой работы используют специальную физическую величину, называемую потенциалом.
Потенциалом электрического поля в данной точке называется работа сил поля по перемещению положительного единичного точечного заряда из данной точки поля в бесконечность:
|
|
|
При этом потенциал бесконечности условно принимают равным нулю, полагая, что на бесконечности поле отсутствует: j¥ = 0.
Конечно, такое определение потенциала не позволяет выполнить его экспериментальное измерение, т.к. в действительности невозможно удалиться на бесконечность. Поэтому реальный физический смысл имеет понятие «разность потенциалов» двух точек поля, то есть работа поля по перемещению положительного единичного точечного заряда из одной точки поля (1) в другую (2):
Потенциал и разность потенциалов – величины скалярные.
В системе СИ потенциал и разность потенциалов измеряются в вольтах, В = Дж/Кл.
Если поле создаётся несколькими зарядами, то потенциал его в каждой точке равен алгебраической сумме потенциалов отдельных зарядов:
j = S j i .
Графическое изображение электрических полей
Для графического изображения электрического поля используют силовые линии или эквипотенциальные поверхности (обычно что-то одно). Силовая линия - линия, касательные к которой совпадают с направлением вектора напряженности в соответствующих точках.
Густота силовых линий пропорциональна напряженности поля. Эквипотенциальная поверхность - поверхность, все точки которой имеют одинаковый потенциал.
|
|
|
Эти поверхности проводят так, чтобы разность потенциалов между соседними поверхностями была постоянна.
Силовые линии и эквипотенциальные поверхности заряженных сфер
Силовые линии перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям!
Виды полей
Поле, характеристики которого не меняются во времени, называется постоянным (стационарным). Пример стационарного поля - электростатическое поле. Поле, характеристики которого изменяются во времени, – переменное.
Если работа сил поля по перемещению заряда не зависит от формы траектории, то поле называется потенциальным. Работа такого поля на замкнутой траектории равна нулю.
Электростатическое поле – поле, созданное неподвижными зарядами. Такое поле неизменно во времени, то есть является стационарным. Кроме того, это пример потенциального поля.
Поле, во всех точках которого напряжённость одинакова как по величине, так и по направлению, называетсяоднородным.
Силовые линии электростатического поля не замкнуты: они начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах.
Принцип суперпозиции
Напряженность поля системы точечных неподвижных зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, которые создавали бы каждый из зарядов в отдельности:
Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 99; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!