Закон сохранения электрического заряда

Вопрос 1

Система отсчёта — это совокупность тел отсчета, связанной с ним системы координат и системы отсчёта времени, по отношению к которым рассматривается движение (или равновесие) каких-либо материальных точек или тел.

Путь – длина траектории.

Радиус-вектор — вектор, задающий положения точки в пространстве относительно некоторой заранее фиксированной точки, называемой началом координат.

Перемещение — изменение местоположения физического тела в пространстве относительно выбранной системы отсчёта. Также перемещением называют вектор, характеризующий это изменение. Обладает свойством аддитивности. Длина отрезка — это модуль перемещения, измеряется в метрах (СИ).

Скорость — векторная физическая величина, характеризующая быстроту перемещения и направления движения материальной точки в пространстве относительно выбранной системы отсчёта (например, угловая скорость). Этим же словом может называться скалярная величина, точнее модуль производной радиус-вектора.

Ускорение — производная скорости по времени, векторная величина, показывающая, на сколько изменяется вектор скорости точки при её движении за единицу времени (то есть ускорение учитывает не только изменение величины скорости, но и её направления).

Ускорение2 – это векторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения скорости по величине и направлению.

Вопрос 2

Угловое перемещение— векторная величина, характеризующая изменение угловой координаты в процессе её движения.

Угловая скорость — векторная величина, характеризующая быстроту вращения материальной точки. Вектор направлен вдоль оси вращения таким образом, чтобы, смотря с его конца, вращение казалось происходящим против часовой стрелки.

Угловое ускорение — псевдовекторная физическая величина, характеризующая быстроту изменения угловой скорости твёрдого тела.

Вектор углового ускорения направлен вдоль оси вращения (в сторону W (омега) при ускоренном вращении и противоположно W (омега)— при замедленном).

При вращении вокруг неподвижной точки вектор углового ускорения определяется как первая производная от вектора угловой скорости по времени.

Существует связь между тангенциальным и угловым ускорениями:

где R — радиус кривизны траектории точки в данный момент времени. Итак, угловое ускорение равно второй производной от угла поворота по времени или первой производной от угловой скорости по времени. Угловое ускорение измеряется в рад/с² .

Связь между линейными и угловыми величинами, характеризующими движение:

Отдельные точки вращающегося тела имеют различные линейные скорости v, которые непрерывно изменяют

свое направление и зависят от угловой скорости ω и расстояния r соответствующей точки до оси вращения.

Точка, находящаяся на расстоянии r от оси вращения проходит путь ΔS = rΔφ. Поделим обе части равенства на

Переходя к пределам при , получим или .

Таким образом, чем дальше отстоит точка от оси вращения, тем больше ее линейная скорость. По определению

ускорения, или

что значения линейной скорости, тангенциального и нормального ускорений растут по мере удаления от оси

вращения. Формула устанавливает связь между модулями векторов v, r, ω, которые перпендикулярны

друг к другу.

Ускорение при криволинейном движении:

При криволинейном движении точки направление ее скорости все время изменяется, а модуль скорости может как изменяться, так и оставаться постоянным. Но даже если модуль скорости не изменяется, ее все равно нельзя считать постоянной. Ведь скорость - величина векторная, а для векторных величин модуль и направление одинаково важны. Поэтому криволинейное движение всегда движение ускоренное.

С изменением скорости по модулю мы уже знакомы. Ведь при равноускоренном прямолинейном движении изменяется именно модуль скорости. И мы знаем, что в этом случае вектор ускорения направлен вдоль вектора скорости или против него, а модуль ускорении определяется изменением модуля скорости в единицу времени. Так как нам это уже известно, то в дальнейшем мы будем рассматривать только такое криволинейное движение, при котором модуль скорости остается все время постоянным, так что ускорение будет связано только с изменением направления вектора скорости. Как направлено и чему равно это ускорение?

И модуль, и направление ускорения должны, очевидно, зависеть от формы криволинейной траектории. Но нам не придется рассматривать каждую из бесчисленных форм криволинейных траекторий. На рисунке 1 показана сложная траектория, по которой движется тело. Из рисунка видно, что отдельные участки криволинейной траектории представляют собой приблизительно дуги окружностей, изображенных тонкими линиями. Например, участки KL или ВМ - это дуги окружностей малых радиусов, участок EF - это дуга окружности большого радиуса.

Таким образом, движение по любой криволинейной траектории можно представить как движение по дугам некоторых окружностей. Поэтому задача нахождения ускорения при криволинейном движении сводится к отысканию ускорения при равномерном движении тела по окружности.

Вопрос 3

Сила – векторная величина F, характеризующая действие на данное тело другого тела или поля.

Равнодействующая сила – векторная сумма всех сил, приложенных к телу.

Масса – мера инертности тела.

Импульс — векторная физическая величина, являющаяся мерой механического движения тела. В классической механике импульс тела равен произведению массы m этого тела на его скорость v, направление импульса совпадает с направлением вектора скорости.

Импульс силы – произведение вектора силы на время его действия.

Законы Ньютона при поступательном движении тела.

I закон Ньютона

всякое тело (материальная точка) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит его изменить это состояние.

II закон Ньютона

ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом), прямо пропорционально действующей силе, совпадает с нею по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки (тела).

Вопрос 4

Система тел – набор тел, взаимодействующих между собой и с внешней средой (механическая система).

Система замкнутая – если равнодействующая внешних сил, действующих на систему, равна нулю.

Центр масс (центр инерции) – такая точка, что любая сила, приложенная вдоль прямой, проходящей через эту точку, не приводит к вращению системы.

Закон движения центра масс: тетрадка или http://kvadromir.narod.ru/imp6.htm или http://interneturok.ru/ru/school/physics/10-klass/bmehanika-sistemy-telb/sistema-materialnyh-tochek-centr-mass-zakon-dvizheniya-centra-mass

Закон сохранения импульса: В замкнутой системе импульс системы остаётся постоянным, несмотря на то, что импульс отдельных частиц могут меняться при их взаимодействии. (+ тетрадка)

Вопрос 5

Момент силы— векторная физическая величина, равная произведению радиус-вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы. Характеризует вращательное действие силы на твёрдое тело. Вектор момента силы направлен вдоль оси вращения.

Момент инерции — скалярная физическая величина, мера инертности вращающегося тела.

Момент импульса - характеризует количество вращательного движения. Величина, зависящая от того, сколько массы вращается, как она распределена относительно оси вращения и с какой скоростью происходит вращение.

Теорема Штейнера: Если известен момент инерции тела относительно оси, проходящей через его центр масс, то момент инерции относительно любой другой параллельной оси определяется теоремой Штейнера: момент инерции тела I относительно произвольной оси равен моменту его инерции Iс относительно параллельной оси, проходящей через центр масс С тела, сложенному с произведением массы т тела на квадрат расстояния а между осями:

Таким образом, теорема Штейнера сводит вычисление момента инерции относительно произвольной оси к вычислению момента инерции относительно оси, проходящей через центр инерции тела.

Вопрос 6

Момент импульса характеризует количество вращательного движения.

Момент импульса частицы относительно некоторого начала отсчёта определяется векторным произведением её радиус-вектора и импульса:

где — радиус-вектор частицы относительно выбранного неподвижного в данной системе отсчёта начала отсчёта, — импульс частицы.

Для нескольких частиц момент импульса определяется как (векторная) сумма таких членов:

где — радиус-вектор и импульс каждой частицы, входящей в систему, момент импульса которой определяется.

В системе СИ момент импульса измеряется в единицах джоуль-секунда; Дж·с.

Закон сохранения момента импульса - математически выражается через векторную сумму всех моментов импульса относительно выбранной оси для замкнутой системы тел и остается постоянной, пока на систему не воздействуют внешние силы. В соответствии с этим момент импульса замкнутой системы в любой системе координат не изменяется со временем. Вращающееся вокруг своей оси тело при отсутствии тормозящих вращение сил так и будет продолжать вращаться. Физики привычно объясняют этот феномен тем, что такое вращающееся тело обладает неким количеством движения, выражающимся в форме углового момента количества движения или, кратко, момента импульса или момента вращения. Момент импульса вращающегося тела прямо пропорционален скорости вращения тела, его массе и линейной протяженности. Чем выше любая из этих величин, тем выше момент импульса. Если теперь допустить, что тело вращается не вокруг собственного центра массы, а вокруг некоего центра вращения, удаленного от него, оно всё равно будет обладать вращательным моментом импульса. В математическом представлении момент импульса L тела, вращающегося с угловой скоростью ω, равен L = Iω, где величина I, называемая моментом инерции, является аналогом инерционной массы в законе сохранения линейного импульса, и зависит она как от массы тела, так и от его конфигурации — то есть, от распределения массы внутри тела. В целом, чем дальше от оси вращения удалена основная масса тела, тем выше момент инерции.

Основной закон динамики вращательного движения: Если к твердому телу массой m в точке А приложить силу , то в результате жесткой связи между всеми материальными точками тела все они получат угловое ускорение и соответственные линейные ускорения, как если бы на каждую точку действовала сила F.

Основной закон динамики вращательного движения: произведение момента инерции на угловое ускорение равно результирующему моменту сил, действующих на материальную точку. (+ тетрадь)

Вопрос 7

Работа– это количественная величина процесса обмена энергией между взаимодействующими телами.

Работа постоянной силы: Если сила F постоянна во времени и ее направление совпадает с направлением перемещения тела, то работа W находится по формуле: W= F·s

Работа переменной силы: Если тело движется прямолинейно и на него действует постоянная сила F, составляющая угол с направлением движения тела, то работа этой силы равна: тетрадь

Причиной вращательного движения является приложенный к телу вращающий момент относительно оси, который создается парой сил или силой F и определяется по формуле:
M=F*D/2

При повороте тела на малый угол “фи” работа совершается силой F, точка приложения которой перемещается из одного положения в другое. Полное перемещение точки приложения силы равно длине дуги радиусом R: ds = Rd”фи”

Вопрос 8

Кинетическая энергия – энергия механического движения системы. Способность тела, движущегося с некоторой скоростью совершить работу, если его остановить. (+ тет)

Теорема о кинетической энергии: работа равнодействующей сил, приложенных к телу, равна изменению кинетической энергии тела.

Кинетическая энергия системы тел равна сумме кинетических энергий тел, составляющих систему. W=m_i*v_i²\2

Физический смысл кинетической энергии: кинетическая энергия тела, движущегося со скоростью υ, показывает, какую работу должна совершить сила, действующая на покоящееся тело, чтобы сообщить ему эту скорость.

Теорема Кенига: полная кинетическая энергия тела или системы тел в сложном движении равна сумме энергии системы в поступательном движении и энергии системы вовращательном движении относительно центра масс. ( — полная кинетическая энергия, — энергия движения центра масс, — относительная кинетическая энергия

Вопрос 9

Консервативные силы — силы, работа которых не зависит от формы траектории (зависит только от начальной и конечной точки приложения сил). Зависит только от положения тела, а производимая ею работа зависит только от начального и конечного положения частицы в пространстве и не зависит от формы её траектории. Fdl= 0.

Потенциальная энергия – это энергия взаимодействия тел. Равная работе консервативных сил, действующих на систему, при перемещении этой системы из данного состояния в состояние с нулевой конфигурацией.

Связь потенциальной силы и потенциальной энергии:F(x,z,y)= (dW\dx)*i- (dW\dy)*j- (dW\dz)k и F = -grad(U) Где F - консервативная сила, U - потенциальная энергия.

Вопрос 10

Мощность – скорость, с которой совершается работа. (+тет)

Мощность – скорость преобразования энергии. (+тет)

Полная механическая энергия - сумма кинетической и потенциальной энергии тела. W_к+ W_п= А^неконс

Закон сохранения энергии: механическая энергия замкнутой системы изменяется, если все внутренние силы консервативны. (+тет)

Вопрос 11

Галилея принцип относительности, принцип физического равноправия инерциальных систем отсчёта в классической механике, проявляющегося в том, что законы механики во всех таких системах одинаковы. Отсюда следует, что никакими механическими опытами, проводящимися в какой-либо инерциальной системе, нельзя определить, покоится ли данная система или движется равномерно и прямолинейно.

Преобразования Галилея для координат, скоростей и ускорений: http://physics-lectures.ru/fizicheskie-osnovy-mexaniki/3-6-preobrazovanie-koordinat-galileya-i-mexanicheskij-princip-otnositelnosti/

Длина объекта при преобразованиях Галилея: все физические законы классической физики не меняют своего вида при переходе от одной инерциальной системы к другой, т.е. должны быть инвариантны относительно преобразования Галилея. Это достигается тем, что в эти законы входят не координаты положения тел, которые меняются при переходе от одной инерциальной системы к другой, а длины отрезков, т.е. корень квадратный из суммы квадратов разности координат начала и конца отрезков. Длина физических объектов остаётся постоянной в любых системах отсчёта.

Вопрос 12

Постулаты теории относительности: В основе специальной теории относительности лежат два принципа или постулата, сформулированные Эйнштейном в 1905 г.

1)Принцип относительности: все законы природы инвариантны по отношению к переходу от одной инерциальной системы отсчета к другой. Это означает, что во всех инерциальных системах физические законы имеют одинаковую форму.

2)Принцип постоянства скорости света: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета.

Преобразования Лоренца для координат:Если ИСО K^’ движется относительно K ИСО с постоянной скоростью V вдоль оси x, а начала пространственных координат совпадают в начальный момент времени в обеих системах, то преобразования Лоренца имеют вид: (ТЕТРАДЬ).
Для скоростей: (ТЕТРАДЬ).

Сокращение длины:Движущиеся относительно наблюдателя тела сокращаются в направлении своего движения.

Замедление времени: ТЕТРАДЬ

Относительность одновременности: http://ru.wikipedia.org/wiki/%CE%F2%ED%EE%F1%E8%F2%E5%EB%FC%ED%EE%F1%F2%FC_%EE%E4%ED%EE%E2%F0%E5%EC%E5%ED%ED%EE%F1%F2%E8

Пространственно-временной интервал:ТЕТРАДЬ

Вопрос 13

Понятие о релятивистской динамике: импульс, масса, кинетическая энергия, полная энергия, энергия покоя: ТЕТРАДЬ

Связь энергии и импульса: При малых скоростях движения между импульсом и энергией частицы существует простая зависимость р = vEJ с2. Можно предположить, что она выполняется и при скоростях движения, сравнимых со скоростью света, если вместо энергии покоя Е₀ использовать энергию движущейся частицы Е. Учитывая взаимосвязь между энергией и импульсом частицы, а также выражение для массы, можно получить зависимость энергии и импульса частицы от скорости: Е = тс2/л! 1 - v2/c2\

Вопрос 14

Электри́ческий заря́д— это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии.

Кратность заряда.

Все электрические заряды являются суммой элементарных зарядов (равно как, килограмм конфет состоит из некоторого количества отдельных конфет). В этом проявляется свойство дискретности электрического заряда.

- любой заряд есть совокупность элементарных зарядов e, N - целое число.

Элементарный заряд равен e = ±1,6.10-19 Кл. Других зарядов в природе не бывает. Мы легко можем представить себе пол-конфеты, но не бывает пол-элементарного заряда. Либо целый, либо никакого!

Закон сохранения электрического заряда

Электрический заряд замкнутой системы сохраняется во времени и квантуется — изменяется порциями, кратными элементарному электрическому заряду, то есть, другими словами, алгебраическая сумма электрических зарядов тел или частиц, образующих электрически изолированную систему, не изменяется при любых процессах, происходящих в этой системе.

В рассматриваемой системе могут образовываться новые электрически заряженные частицы, например, электроны — вследствие явления ионизации атомов или молекул, ионы — за счёт явления электролитической диссоциации и др. Однако, если система электрически изолированна, то алгебраическая сумма зарядов всех частиц, в том числе и вновь появившихся в такой системе, всегда равна нулю.

Закон сохранения заряда — один из основополагающих законов физики. Закон сохранения заряда был впервые экспериментально подтверждён в 1843 году великим английским ученым Майклом Фарадеем и считается на настоящее время одним из фундаментальных законов сохранения в физике (подобно законам сохранения импульса и энергии). Всё более чувствительные экспериментальные проверки закона сохранения заряда, продолжающиеся и поныне, пока не выявили отклонений от этого закона.

Зако́н Куло́на— это закон, описывающий силы взаимодействия между точечными электрическими зарядами.

Электрическое поле— одна из составляющих электромагнитного поля; особый вид материи, существующий вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может быть обнаружено благодаря его силовому воздействию на заряженные тела.

Вопрос 15

Напряжённость электрического поля — векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы действующей на неподвижный пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда. E=F/q

Силовые линии -линии, проведённые в электрическом поле так, что касательная к ним в любой точке совпадает с вектором напряжённости электрического поля в этой точке. В тех областях, где силовые линии расположены более густо, величина напряжённости электрического поля больше.

Принцип суперпозиции – напряжённость системы точечных зарядов равна векторной сумме напряжённости полей каждого из этих зарядов. (+тет)

Электростатический потенциал — скалярная энергетическая характеристика электростатического поля, характеризующая потенциальную энергию поля, которой обладает единичный заряд, помещённый в данную точку поля. (+тет)

Связь потенциала и напряженности электрического поля:ТЕТРАДЬ

Вопрос 16

Поле электрического диполя – два рвных по величине и противоположных по знаку точечных заряда q, находящихся на расстоянии I друг от друга. Понятие "электрический диполь" широко используется в электродинамике. (+тет)

Дипольный электрический момент – произведение положительного заряда q на плечо диполя. По направлению совпадает с плечом диполя.(+ тет)

Вопрос 17

В произвольном электростатическом поле поток вектора напряженности через произвольную поверхность, определяется следующим образом:
- поверхность разбивается на малые площадки ΔS (которые можно считать плоскими);
- определяется вектор напряженности на этой площадке (который в пределах площадки можно считать постоянным);
- вычисляется сумма потоков через все площадки, на которые разбита поверхность.
Эта сумма называется потоком вектора напряженности электрического поля через заданную поверхность. http://www.physbook.ru/index.php/Слободянюк_А.И._Физика_10/9.5

Теорема Гаусса для электрического поля в вакууме: поток вектора напряжённости электрического поля через любую произвольно выбранную замкнутую поверхность пропорционален заключённому внутри этой поверхности электрическому заряду. (+тет)

Расчет величины вектора напряженности электрического поля протяженных симметричных тел точечного заряда через поверхность сферы равен отношению заряда к электрической постоянной.

Расчет величины вектора напряженности электрического поля протяженных симметричных тел (сфера, непроводящий шар, нить, плоскость – по выбору преподавателя):ТЕТРАДЬ

Диэлектрики полярные и неполярные:

Неполярные диэлектрики (нейтральные) — состоят из неполярных молекул, у которых центры тяжести положительного и отрицательного зарядов совпадают. Следовательно неполярные молекулы не обладают электрическим моментом и их электрический момент p = q • l = 0. Примером практически неполярных диэлектриков, применяемых в качестве электроизоляционных материалов.

Полярные диэлектрики (дипольные) — состоят из полярных молекул, обладающих электрическим моментом. В таких молекулах из-за их асимметричного строения центры масс положительных и отрицательных зарядов не совпадают. При замещении в неполярных полимерах некоторой части водородных атомов другими атомами или не углеводородными радикалами получаются полярные вещества. При определении полярности вещества по химической формуле следует учитывать пространственное строение молекул. К полярным диэлектрикам относятся феноло-формальдегидные и эпоксидные смолы, хлорированные углеводороды и др.

Диэлектрик, помещенный во внешнее электрическое поле, поляризуется под действием этого поля. Поляризацией диэлектрика называется процесс приобретения им отличного от нуля макроскопического дипольного момента.

Степень поляризации диэлектрика характеризуется векторной величиной, которая называется поляризованостью или вектором поляризации (P). Поляризованность определяется как электрический момент единицы объема диэлектрика

где N - число молекул в объеме . Поляризованность P часто называют поляризацией, понимая под этим количественную меру этого процесса.

Электроемкость — скалярная, физическая величина характеризующая способность проводника или системы проводников накапливать электрический заряд. За величину электроемкости система проводников принимают отношение модуля заряда одного из проводников к разности потенциалов между этим проводником и соседним. Электрической ёмкостью проводника называется отношение заряда проводника к его потенциалу.

Конденсатор — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.

Соединения конденсаторов

У конденсаторов существует также два вида соединения: последовательное и параллельное.

Последовательное соединение. В этом случае обкладка одного конденсатора, заряженная отрицательно, соединена с обкладкой другого конденсатора, заряженного положительно. На рисунке показан пример последовательного соединения конденсаторов.

При данном типе соединения действует следующее правило: величина, обратная емкости батареи конденсаторов при последовательном соединении, равна сумме величин, обратных емкостям отдельных конденсаторов. Из этого следует:

1/С = 1/С1 + 1/С2 + 1/С3 + ...

При этом типе соединения емкость батареи конденсаторов меньше емкости любого из конденсаторов.

Параллельное соединение. При параллельном соединении конденсаторов положительно заряженные обкладки соединены с положительно заряженными, а отрицательно заряженные — с отрицательными.

В этом случае емкость батареи конденсаторов будет равна сумме электрических емкостей конденсаторов:

С = С1 + С2 + С3 + ...

Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 435; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!