Потенциал. Электрическое напряжение
Лекция №1. Электрическое поле
Цель: ознакомиться с понятием электрического поля, его характеристиками и законами
Определение и изображение электрического поля
Электрические свойства тел объясняются присутствием в них заряженных частиц. Такие частицы, как электрон и протон, имеют равные по абсолютному значению заряды, при этом заряд электрона отрицателен, а заряд протона положителен. Указанные частицы вместе с нейтронами входят о состав атомов вещества, однако они могут находиться и в свободном состоянии. Если тело заряжено, то в нем преобладают положительные или отрицательные заряды; если число тех и других зарядов одинаково, то тело в электрическом отношении нейтрально.
Тела с одноименными зарядами отталкиваются, тела с разноименными зарядами притягиваются. Электрически заряженное тело неразрывно связано с окружающим его электрическим полем, через которое и осуществляется взаимодействие электрически заряженных тел.
Электрическое поле – одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду частицы и не зависящей от ее скорости.
Электрическое поле является силовым или векторным. Для обнаружения и изучения электрического поля используются пробные неподвижные точечные заряженные тела с очень малым положительным зарядом q . Линейные размеры точечных заряженных тел очень малы по сравнению с расстоянием до точек, в которых рассматривается их электрическое поле.
|
|
|
Мы будем рассматривать электростатические поля, т. е. такие, которые создаются неподвижными заряженными телами, для краткости называя их просто электрическими полями.
Рассмотрим электрическое поле уединенного неподвижного точечного заряженного тела с зарядом Q (см. рис. а), расположенного в произвольной точке горизонтальной плоскости. Поместим в точку А этой плоскости пробное заряженное тело с зарядом q . Поскольку сила отталкивания, действующая на пробное заряженное тело, лежит на линии, соединяющей центры взаимодействующих заряженных тел, пробное заряженное тело будет перемещаться в радиальном направлении (так же, как и пробное заряженное тело, помещенное в точку В). Помещая пробное заряженное тело в другие точки и продолжая эти рассуждения. получим картину, которая условно изображает электрическое папе с помощью линий, называемых силовыми (рис. б). В частном случае уединенного точечного заряженного тела силовые линии представляют собой прямые, проведенные через точку, в которой находится это тело. В общем случае вектор силы, с которой поле действует на пробное заряженное тело в данной точке поля, совпадает с касательной к силовой линии в этой точке.
|
|
|
Закон Кулона. Напряженность электрического поля
Взаимодействие точечных заряженных тел описывается законом Кулона.
Сила взаимодействия F между точечными заряженными телами Q и q, расположенными в данной среде на расстоянии R друг от друга (см. рис.), прямо пропорциональна произведению зарядов этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:
,
где Q и q – значения зарядов, Кл (1 Кл = 6,3×1018 зарядов электрона); e – относительная диэлектрическая проницаемость среды, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия в данной среде меньше, чем в вакууме (величина безразмерная); e0 = 8,86×10–12 Ф/м – электрическая постоянная.
Введем силовую характеристику поля – напряженность:
Напряженность электрического поля в данной точке определяется силой, действующей на помещенное в эту точку пробное тело, обладающее единичным положительным зарядом.
Единица напряженности [E] = Н/Кл (ньютон на кулон).
Для поля уединенного точечного заряженного тела на основании закона Кулона
.
Потенциал. Электрическое напряжение
Пусть уединенное неподвижное точечное заряженное тело е зарядом Q расположено в произвольной точке горизонтальной плоскости (см. рис.). Если в точке А окажется пробное заряженное тело с зарядом q , то под действием силы FA оно станет перемешаться. При этом за счет энергии поля заряда Q будет 
совершаться определенная работа. Поскольку сила 
непрерывно меняется, для нахождения работы, которую совершает поле, перемещая пробное заряженное тело из данной точки в бесконечность, разобьем весь путь на элементарные участки DR,так что в пределах каждого такого участка силу FR можно считать неизменной.
|
|
|
Тогда элементарная работа этой силы 
.
Для определения всей работы А необходимо просуммировать элементарные работы DA на участке пути от Ra до бесконечности. Тогда 
. Точное значение этой работы
.
Индекс A обычно опускают и записывают
.
Работа выражается в джоулях (Дж).
Введем энергетическую характеристику поля – потенциал j.
Потенциалом электрического поля заряда Q в данной точке называют величину, численно равную работе, которую совершает поле, перемещая пробное тело, обладающее единичным положительным зарядом, из данной точки в бесконечность:
.
Единица потенциала [j] = 1 Дж / 1 Кл = 1 В.
Потенциал данной точки поля равен 1 В, если при переносе пробного тела с зарядом в 1 Кл из данной точки в бесконечность совершается работа в 1 Дж.
|
|
|
В том случае, когда заряженное тело, создающее папе, имеет отрицательный заряд, поле будет препятствовать удалению пробного заряженного тела, т. е. потенциал поля будет отрицательным.
Определив потенциал электрического заряда Q в точках А и В, найдем их разность, которую называют электрическим напряжением между двумя точками поля:
.
Таким образом, электрическим напряжением или разностью потенциалов между двумя точками поля называют величину, численно равную работе, которую совершает поле, перемещая между этими точками пробное тело, обладающее единичным положительным зарядом.
Дата добавления: 2022-01-22; просмотров: 49; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!