Q - заряд, идущий поперек проводника(Кл)

БИЛЕТ 1

Электрическое поле. Закон Кулона. (электрический ток и сила тока)

1.Электрическое поле – это векторное поле, действующее вокруг частиц обладающих электрическим зарядом. Оно входит в состав электромагнитного поля. Для него характерно отсутствие реальной визуализации.

Как действует электрическое поле:

По сути, поле является особым состоянием материи. Его действие проявляется в ускорении тел или частиц, обладающих электрическим зарядом. К его характеризующим особенностям, можно отнести:

Действие только при наличии электрического заряда.
Отсутствие границ.
Наличие определенной величины воздействия.
Возможность определения только по результату действия.

Поле неразрывно связано с зарядами, которые находятся в определенной частице или теле. Оно может образовываться в двух случаях. Первый предусматривает его появление вокруг электрических зарядов, а второй при перемещении электромагнитных волн, когда меняется электромагнитное поле.

Электрические поля воздействуют на неподвижные относительно наблюдателя электрически заряженные частицы. В результате они получают силовое влияние. Пример воздействия поля можно наблюдать и в быту. Для этого достаточно создать электрический заряд. Получить поле вполне возможно, взяв пластиковую шариковую ручку и потерев ее о волосы. На ее поверхности образуется заряд, что приводит к появлению электрического поля. Как следствие ручка притягивает мелкие частицы. Если ее преподнести к мелко разорванным кусочкам бумаги, то они будут притягиваться к ней.

Свойства поля:

Для характеристики электрического поля применяется 3 показателя:

1. Потенциал. Данное свойство является одним из главных. Потенциал указывает на количество накопленной энергии применяемой для перемещения зарядов. По мере их сдвига энергия расточается, постепенно приближаясь к нулю.

Аналогия данного принципа: обыкновенная стальная пружина. В спокойном положении она не обладает никаким потенциалом, но только до того момента, пока не будет сжата. От такого воздействия она получает энергию противодействия, поэтому после прекращения влияния обязательно разогнется. Когда пружина отпускается, то моментально распрямляется. Если на ее пути окажутся предметы, она начнет их двигать.

Электрическое поле обладает потенциальной энергией, что и делает его способным выполнять определенное воздействие. Но перемещая заряд в пространстве, оно истощает свой ресурс. В том же случае если передвижение заряда внутри поля осуществляется под воздействием сторонней силы, то поле не только не теряет свой потенциал, но и пополняет его.

2. Напряженность. Этот показатель применяется для количественного выражения поля. Данная величина рассчитывается как отношение положительного заряда воздействующего на силу действия. Простым языком напряженность выражает силу эл.поля в определенном месте и времени. Чем выше напряженность, тем более выраженным будет влияние поля на окружающие предметы или живые существа.

3. Напряжение. Этот параметр образуется от потенциала. Он применяется для демонстрации количественного соотношения действия, которое производит поле. То есть, сам потенциал показывает объем накопленной энергии, а напряжение демонстрирует потери на обеспечение движения зарядов.

В электрическом поле положительные заряды перемещаются от точек с высоким потенциалом в места, где он ниже. Что касается отрицательных зарядов, то они движутся противоположно. Как следствие осуществляется работа с использованием потенциальной энергии поля. Фактически напряжение между точками качественно выражает работу, совершенную полем для переноса единицы противоположно заряженных зарядов.

Закон Кулона.

Закон Кулона количественно описывает взаимодействие заряженных тел. Он является фундаментальным законом, то есть установлен при помощи эксперимента и не следует ни из какого другого закона природы. Он сформулирован для неподвижных точечных зарядов в вакууме. В реальности точечных зарядов не существует, но такими можно считать заряды, размеры которых значительно меньше расстояния между ними.

Сила взаимодействия F двух точечных неподвижных электрических зарядов в вакууме прямо пропорциональна их модулям q1 и q2 и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними r:

где k=14πε0=9⋅109 (Н·м²)/Кл² – коэффициент пропорциональности,
ε0=8.85⋅10−12 Кл²/(Н·м²) – электрическая постоянная.

Коэффициент k численно равен силе, с которой два точечных заряда величиной 1 Кл каждый взаимодействуют в вакууме на расстоянии 1 м.

Сила Кулона направлена вдоль прямой, соединяющей взаимодействующие заряды. Заряды взаимодействуют друг с другом с силами, равными по величине и противоположными по направлению.

Значение силы Кулона зависит от среды, в которой они находятся. В этом случае формула закона:

где ε – диэлектрическая проницаемость среды.

Закон Кулона справедлив для точечных заряженных тел. Практически закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними.

Чтобы выполнялся закон Кулона необходимо 3 условия:

1. Точечность зарядов, то есть расстояние между заряженными телами много больше их размеров.

2. Неподвижность зарядов. Иначе вступают в силу дополнительные эффекты: магнитное поле движущегося заряда и соответствующая ему дополнительная сила Лоренца, действующая на другой движущийся заряд.

3. Взаимодействие зарядов в вакууме.

Электрический ток - это упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц под действием электрического поля. Частицами могут быть: электроны, протоны, ионы.

Все физические вещества, в том числе металлы состоят из молекул, состоящих из атомов, которые в свою очередь состоят из ядер и вращающихся вокруг них электронов. Во время химических реакций электроны переходят от одних атомов к другим, поэтому, атомы одного вещества испытывают недостаток в электронах, а атомы другого вещества имеют их избыток. Это означает, что вещества имеют разноименные заряды. В случае их контакта, электроны будут стремиться перейти из одного вещества в другое. Именно это перемещение электронов И ЕСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. Ток, который будет течь, до тех пор, пока заряды этих двух веществ не уравняются. Взамен ушедшего электрона приходит другой. Откуда? От соседнего атома, к нему — от его соседа, так до крайнего, к крайнему — от отрицательного полюса источника тока (например — батарейки). С другого конца проводника электроны уходят на положительный полюс источника тока. Когда все электроны на отрицательном полюсе закончатся, ток прекратится (батарея «села»).

Характеристики электрического поля:

1. Сила тока - физическая величина, численно равная отношению заряда, проходящего через поперечное сечение проводника, ко времени прохождения.

I=q/t

I - сила тока (в Амперах)

q - заряд, идущий поперек проводника (Кулон)

t - длительность времени, затраченного на перемещение частиц (в Секундах)

2.Напряжение - физическая величина, численно равная отношению работы, совершаемой электрическим полем по перемещению заряда, к модулю этого заряда.

U=A/q

U - напряжение (в Вольтах)

А - работа (в Джоулях)

q - заряд (Кулон)

3. Сопротивление - физическая величина, определяющая силу тока, текущего по цепи при заданном напряжении, и характеризующая взаимодействие движущихся в проводнике электронов и ионов в узлах кристаллической решетки.

R=U/I

R - сопротивление (в Омах)

U - напряжение (в Вольтах)

I - сила тока (в Амперах)

Сила тока – это количество заряженных частиц (электроны, протоны, ионы, дырки), протекающих через поперечное сечение проводника за единичный интервал времени.