Similar presentations:
Электростатическое поле в вакууме и его характеристики
1. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
Лекция «Электростатическое полев вакууме и его характеристики»
2. Свойства эл. заряда (ЭЗ)
ОдноименныеЭЗ
отталкиваются,
разноименные – притягиваются.
Дискретность: Наименьшим отрицательным
ЭЗ в свободном состоянии, по модулю
равным
заряду
протона,
обладает
стабильная частица электрон: е 1.6022 10 19 Кл
Заряд макротела Q N e
Величина и знак ЭЗ не зависят от выбора
инерциальной системы отсчета (ИСО), т.е.
являются инвариантными по отношению к
выбору ИСО.
3. Закон сохранения ЭЗ
ЭЗ ниоткуда не возникает и никуда не исчезает, алишь
перераспределяется,
поэтому
для
электрически изолированных систем выполняется
закон сохранения ЭЗ: алгебраическая сумма ЭЗ
макротел
(частиц),
образующих
электрически
изолированную систему, остается постоянной с
течением времени при протекании любых процессов
в системе.
Задача:
От
водяной
капли,
обладающей
электрическим зарядом +2е, отделилась маленькая
капля с зарядом –3е. Каким стал электрический
заряд оставшейся части капли?
4. Закон Ш.Кулона
сила взаимодействия двух точечных ЭЗ в данной среденаправлена вдоль прямой, соединяющей эти точечные ЭЗ,
пропорциональна их величинам q1 и q2 и обратно
пропорциональна квадрату расстояния между ними r12 и
диэлектрической проницаемости однородной изотропной среды ε:
q1 q2
F
r12
3
4 0 r12
1
k 9 109 Н м2 / Кл2
q1 q2
F k
r122
0 8.85 10 12 Кл 2 /( Н м2 ) 8.85 10 12 Ф / м
5. Диэлектрическая проницаемость ε
- это безразмерная величина ε, которая показывает, во сколькораз сила взаимодействия двух ЭЗ в вакууме больше, чем их
сила взаимодействия (притяжения или отталкивания) в
веществе
q1 q2
F k
r122
Fвакуум
Fвещество
Например, для воздуха и вакуума
ε=1,
а для слюды (диэлектрика)
ε=6,
т.е. слюда ослабляет взаимодействие зарядов в 7 раз.
Диэлектрические проницаемости веществ ( )
Вода.................................... 81
Парафин......................... 2,1
Керосин.............................. 2,1
Слюда.............................. 6
Масло................................. 2,5
Стекло............................. 7
6. Применение закона Кулона
Для равновесия системы точечных зарядов необходимо идостаточно, чтобы результирующая сила, действующая на каждый
заряд системы, была равна нулю. Например, для нахождения точки
равновесия для точечного заряда q3 необходимо, чтобы
F31 F32
k
q1 q3
(l x)
2
k
q 2 q3
x2
Если же ЭЗ q3 может двигаться только вдоль прямой, проходящей
через центры зарядов, то для устойчивого равновесия его знак
должен быть «+». В этом случае кулоновские силы сами стремятся
вернуть его в положение равновесия, но это частный случай. В
общем же случае согласно теореме С.Ирншоу (XIX в.): всякая
равновесная конфигурация покоящихся точечных ЭЗ неустойчива,
если на них кроме кулоновских сил притяжения и отталкивания
никакие другие силы (иной природы) не действуют
7. Силовая и энергетическая характеристика ЭП
q1 q2q1 q2
A Fdr k
dr k
2
r
r
r1
r1
q1 q2
W k
C
r
r2
r2
A F dr 0
L
1 1
k q1 q2 W ,
r1
r1 r2
r2
- условие потенциальности ЭП: работа A сил ЭП при
перемещении в нем точечного заряда qпр по
замкнутому контуру должна быть равна нулю.
1 q
E
2
4 0 r
и
W
q
k
qпр
r
8. Связь характеристик ЭП через производную
1 qE
2
4 0 r
и
q
W
k C
qпр
r
E
r
или
i
j
k
E grad
y
z
x
9. Направление вектора напряженности и силовых линий
10. Использование взаимосвязи характеристик для ЭП сферической симметрии
dE
n
dr
d Edr
r2
r2
r1
r1
2 1 d E dr
11. Принцип суперпозиции ЭП
(или наложения силовых полей) – действие результирующегополя, создаваемого несколькими источниками, есть определенная
сумма действий отдельных полей, создаваемых каждым из
источников в отдельности:
- напряженность результирующего силового поля есть векторная
сумма напряженностей полей, создаваемых каждым из источников в
отдельности, как если бы других полей и источников не
существовало;
- потенциал результирующего силового поля есть алгебраическая
сумма потенциалов полей, создаваемых каждым из источников в
отдельности, как если бы других полей и источников не
существовало.
E Ei
i
i
i