Л1(э)

1. Л.№1 Электростатика. Напряженность поля

2. Основные понятия и определения

• Электростатика – раздел теории электричества,
изучающий взаимодействие неподвижных
друг относительно друга электрических
зарядов
и
связанные
с
ними
электростатические поля.
• Точечным
зарядом
(q)
называется
заряженное
тело,
размеры
которого
пренебрежительно малы по сравнению с
расстоянием до других заряженных тел, с
которым оно взаимодействует.

3. Электрический заряд

p
Электрический заряд e
Бенджамин Франклин - 1746 г
Янтарь + мех
Стекло + шелк
Свойства:
1. Заряды не существуют сами по себе, а являются внутренними
свойствами элементарных частиц – электронов, протонов и
др.
2. Заряд дискретен. Заряд q любого тела составляет целое
кратное от элементарного электрического заряда (n – целое
число):
q ne
e 1,6 10 19 Кл
CИ: [Кл] 1 Кл – заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1 с, при
силе тока 1 А.

4. Электризация – процесс приобретения заряда телом

• 1. Соприкосновением (трением): незаряженное
тело получает такой же заряд, какой был у
заряженного.
• Если тела нейтральные:
• 2.
Электростатическая
индукция
(через
влияние):перераспределение
зарядов
на
проводнике

5. Закон сохранения заряда

• Алгебраическая сумма электрических зарядов
любой изолированной (или замкнутой)
системы остается постоянной, какие бы
процессы не происходили внутри этой
системы.
q1 q2 q3 ... qn const

6. Закон Кулона

• Сила взаимодействия точечных зарядов в вакууме
пропорциональна величине зарядов и обратно
пропорциональна квадрату расстояния между ними.
• В скалярной форме: F k
q1q2
r2
Н м2
k
9 10
4 0
Кл 2
2
Ф
12 Кл
0 8,85 10
или ( )
2
Н м
м
1
9
q1q2 r12
• В векторной форме: F12 k
F21
2
r12 r12
где F12 – сила, действующая на заряд q1
со стороны заряда q2, F21
– сила,
действующая на заряд q2 со стороны заряда q1
r12 - единичный вектор, направленный от
положительного заряда к отрицательному

7.

1. Силы взаимодействия между зарядами равны по
величине и направлены противоположно друг другу
вдоль прямой, связывающей эти заряды (третий
закон Ньютона).
2. Закон Кулона справедлив при
107 – 10-15 м
3. Если заряды не точечные, то в такой форме закон
Кулона использовать нельзя - нужно интегрировать
по объему.
dq / dl
- линейная плотность заряда Кл/м
dq / dS
- поверхностная плотность заряда Кл/м2
dq / dV
- объемная плотность заряда Кл/м3

8. Принцип суперпозиции для сил

• Если поле создается несколькими точечными
зарядами, то на пробный заряд q действует со
стороны заряда qk такая сила, как если бы
других зарядов не было.
• Результирующая сила:
F F
k
k

9. Электростатическое поле

Как?
Во круг любого заряженного
тела создается
электростатическое поле
Свойства:
1. Особая форма материи (существует не зависимо от нас)
2. Создается зарядами
3. Действует на заряд с некоторой силой F.
Пробный заряд (q) –точечный, малый по величине
положительный
заряд,
используемый
для
обнаружения(исследования) электростатического поля.
Пробный заряд не должен искажать распределение зарядов,
создающих поле, и потому должен быть достаточно мал

10. Напряженность (E) –силовая характеристика ЭП

Вектор напряженности электростатического поля равен силе,
действующей в данной точке на помещенный в нее пробный
единичный положительный заряд.
F
Q
Скалярная форма: E
q 4 0 r 2
Q r
Векторная форма: E
2
4 0 r r
Закон Кулона:
F qE
Н
В
E или
Кл
м

11. Силовые линии

Cиловые линии – это линии, касательная к которым в
любой точке поля совпадает с направлением вектора
напряженности.
Свойства:
Не замкнуты, не пересекаются,
начало на +q, конец на –q,
непрерывны, гуще где E больше
Однородным называется электростатическое
поле, во всех точках которого напряженность
одинакова по величине и направлению

12. Принцип суперпозиции для напряженности

Напряженность результирующего поля, системы точечных
зарядов равна векторной сумме напряженностей полей,
созданных в данной точке каждым из них в отдельности.
Е Е1 Е 2 ... Е k .
k

13. Примеры расчетов

E1
q1
4 0 r12
q2
E2
2
4 0 r2
E E E 2 E1 E2 cos
2
1
2
2

14.

• Если поле создается не точечными зарядами, то
используют обычный в таких случаях прием. Тело
разбивают на бесконечно малые элементы и
определяют напряженность поля создаваемого
каждым элементом, затем интегрируют по всему
телу:
Е dE ,
• гдеdE – напряженность поля, обусловленная
заряженным элементом. Интеграл может быть
линейным, по площади или по объему в
зависимости от формы тела.

15.

Считаем, что х – мало по
сравнению
с
длиной
проводника. Элемент длины dy,
несет
заряд
dq=τdy.
Создаваемая этим элементом
напряженность электрического
поля в точке А:
dE x dE cos ;
dE y dE sin .
dE
1
4 0 ( x y )
E y dE sin 0
cos dy
E E x dEcos
4 0 x 2 y 2
1 2
E
cos d
.
4 0 x
2 0 x
2
dy
2
2
.
y xtg ,
dy xd / cos 2
( x 2 y 2 ) x 2 / cos 2

16. Электрический диполь

Электрическим диполем называется система двух одинаковых
по величине, но разноименных точечных зарядов, расстояние
между которыми значительно меньше расстояния до тех точек, в
которых определяется поле системы.
Плечо диполя – вектор, направленный от отрицательного заряда
к положительному и численно равный расстоянию между
зарядами.
Электрический момент диполя (или дипольный момент) –
произведение положительного заряда диполя на плечо.
Р ql

17.

2P
E ||
.
3
4 0 r
E
P
4 0 r
3

18. Приборы

ГОСТ 12.1.045-84 «Электростатические поля. Допустимые уровни
на рабочих местах и требования к проведению контроля» и
СанПиН
2.2.2/2.4.1340-03
«Гигиенические
требования
к
персональным
электронно-вычислительным
машинам
и
организация работы»

19. Литература:

• 1. Трофимова Т. И. Курс физики. Изд. 8-е.
М.« //Высшая школа. – 2004.
• Глава 11, параграф 77-80