2018-02-14
583
· Hекоторые частицы (или тела) обладают способностью принимать участие в электрических взаимодействиях. Имеет смысл приписать им некоторую характеристику, которая и будет указывать на это их свойство. Такая характеристика получила название электрический заряд ( ЭЗ ). Тела, принимающие участие в электрических взаимодействиях, называются заряженными. Итак, ЭЗ как физическая величина определяет, т.о., способность тел подвергаться действию сил, имеющих электрическое или магнитное происхождение.
ü в СИ в качестве основной электрич. единицы выбрана единица силы тока – ампер (А). Единица заряда – кулон (Кл) в CИ является производной По определению 1 Кл - это заряд, к-рый протекает ч/з поперечное сечение проводника при силе тока в 1 А за 1 с: 
.
Свойства заряда
1. ЭЗ может быть положительным или отрицательным (электральность определяется 2 противоположными ЭЗ),
2. Величина ЭЗ дискретна (кратна ЭЗ электрона е = 1.6×10 -19 Кл).
3. Закон сохранения ЭЗ является в физике фундаментальным - в изолированной системе алгебраическая сумма ЭЗ постоянна (в частной формулировке: скорость увеличения или убыли ЭЗ из нек-рого объема характеризует величину электрич. тока).
|
|
|
4. Инвариантность электрического заряда. Экспериментальныe данные свидетельствуют, что ЭЗ обладает инвариантностью, т.е., его величина не зависит от выбора СО ¾ не зависит от скорости движения частиц.
5. Основное свойство ЭЗ - создание в окружающем пространстве электрического поля (ЭП). Понятие поля как материального (физического) образования, проявляющего себя по силовому воздействию на определенные объекты и, в принципе, бесконечного в пространстве, опирается на понятие силы – меры воздействия или взаимодействия тел.
|
|
Закон Кулона ( ЗК ). Сила взаимодействия между 2-мя неподвижными точечными ЭЗ q 1 и q 2 в вакууме пропорциональна величинам зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними: 
(точечные ЭЗ по геометрич. размерам малы по сравнению с расстоянием ê 
÷; сила F направлена по прямой между ЭЗ ( рис. 1 - для одинаковых по знаку - отталкивание, для противоположных ЭЗ - притяжение). В СИ коэффициент пропорциональности 
Здесь e 0- электрическая постоянная ( e 0 = 8.85×10 -12 Ф / м ). Закон Кулона об электрических взаимодействиях в электростатике является основным.
напряжённость ЭП. Для постоянного r ( расстояния между нек-рым центральным зарядом Q и пробным произвольным ЭЗ q 0) оказывается неизменным отношение кулоновской силы F и величины пробного ЭЗ q 0. На основе этого определяется силовая характеристика поля ЭЗ Q - напряжённостьE: 
Здесь коэффициент e - относительная диэлектрическая проницаемость (ДП) среды. Из определения напряжённости ЭП E oчeвидно следует, что 
|
|
|
Формулировка ЗК, т.о., важна для понимания сущности понятия напряжённости ЭП ¾ силовой характеристики, выражающей действие данного поля на единич. заряд в определённой точке r пространства в нек-ром веществе. Выражение 
для кулоновской силы, действующей на ЭЗ q в поле напряженности 
называют локальной формулировкой ЗК. Её применяют, напр-р, для расчетов силы Кулона в однородном ЭП, т.е. в поле, напряжённость в к-ром не зависит от координат. Для расчета поля, создаваемого несколькими точечными зарядами, следует воспользоваться принципом суперпозиции (рис.2): напряжённость поля, созданных системой из N зарядов, равна сумме напряженностей полей, создаваемых каждым зарядом в отдельности:
Отметим особенность в изображении векторов – вектор напряжённости д-н представляться выходящим от положительных ЭЗ.
Вопрос №13. Потенциал электростатического поля. Связь потенциала с напряжённостью.
Потенциал ЭП. В механике показано, что любая центральная сила является потенциальной, то есть работа этой силы не зависит от формы траектории, а определяется только начальным и конечным положением тела. Любое электростатическое поле поэтому потенциально.
потенциалом электрич. поля. Это – скалярная величина, выражаемая отношением потенциальной энергии взаимодействия ЭП 
и пробного точечного заряда к величине заряда 
Так, очевидно, дляточечного заряда Q потенциал ЭСП, создаваемого Q на расстоянии 
Скалярный потенциал ЭП является размерной физич. величиной, по определению размерность потенциала 
= 1 Вольт (СИ).
Cвязь напряжённости ЭП с потенциалом. ЭП обладает энергией (как и любое силовое поле), за счёт к-рой в нём м-т происходить механическая работа по перемещению заряжённых тел. По своему физич. смыслу потенциал j (r) ЭС поля, создаваемого нек-рым ЭЗ 
выражает работу 
по перемещению единичного заряда из бесконечности в нек-рую точку r, где напряжённость ЭС поля нельзя считать нулевой. одну из формулировок связи напряжённости и потенциала ЭСП: 
где 
проекция вектора 
на направление перемещения 
в более общей форме 
вектор напряжённости поля направлен в сторону, обратную нарастанию потенциала (векторная функция градиент /grad/ указывает направление наибольшего нарастания).
Вопрос №14. Силовые линии и поток напряжённости электрического поля. Теорема Гауса.
ü . Линии напряжённости (силовые линии поля) изображаются так: касательные к ним совпадают с направлением вектора поля ( рис. 4), при этом линии ЭСП начинаются и упираются в ЭЗ ( рис. 5). Силовые линии не пересекаются (в противном случае, в точке пересечения можно построить две касательных, то есть в одной точке, напряженность поля имеет два значения, что абсурдно). Силовые линии не имеют изломов (в точке излома опять-таки можно построить две касательных).
Поток напряжённости ЭП. Ч тобы силовыми линиями м-но было характеризовать не тoльko направление, но и значение Е, условились проводить их с определённой густотой - сквозь элементар. площадку dS, нормаль n к к-рой образует угол a с вектором 
, всего линий - E × dS cosa = E n dS. Величину 
называют потоком вектора напряжённости (ПВН) через площадку dS (к-рая характеризуется вектором ndS). ПВН - величина алгебраическая, т.е. зависит от выбора направления нормали, для замкнутых поверхностей за положит. направление принимается внешняя нормаль. Для переменных в пространстве полей поток ч/з поверхность s: 
|
|
Теорема Гаусса. Доказывается, что 
Этим соотношением выражена теорема Гаусса, к-рая формулируется т.о .: поток вектора напряженности ЭСП сквозь замкнутую поверхность σ равен заряду, заключённому внутри этой поверхности, отнесённому к диэлектрической проницаемости среды, окружающей заряды. Физическая сущность теоремы (закона) Гаусса в том, что линии ЭСП начинаются и заканчиваются на полюсах (зарядах, к-рые и являются источниками электрич. поля).
|
|
|
