Меню Рубрики

Законы электростатики основные характеристики электрического поля

Электростатика — раздел учения об электричестве, изучающий взаимодействие неподвижных электрических зарядов.

Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия.

· Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными.

· Заряды могут передаваться (например, при непосредственном контакте) от одного тела к другому.

· В отличие от массы тела электрический заряд не является неотъемлемой характеристикой данного тела.

· Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются.

Понятие заряда сходно с понятием массы – свойства тел. Заряды бывают трёх типов: +; 0; — . Фотон, ядро, нетрин – с 0 зарядом. Заряд, как и масса, аддитивен. Заряды складываются алгебраически.. Заряд может изменяться только определенно. Электрон имеет наименьший заряд.

Квантование – отщепление порциями электронов. Минимальная порция – заряд электрона (квант электричества). Для заряженных тел существует особый тип взаимодействия.

В электростатике два основных закона:

· Закон Кулона: сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов в вакууме равна , где – коэффециент пропорциональности, = 8,85*10 -12 Ф/м – электрическая постоянная. Сила направлена по линии соединяющей заряды.

· Закон сохранения заряда: алгебраическая сумма зарядов в закрытой системе остается постоянной. Q1+q2+q3+…+qn=const. Носителями заряда являются элементарные частицы. Величина заряда всех заряженных элементарных частиц одинакова и равна e=1,6*10 -19 Кл

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Как то на паре, один преподаватель сказал, когда лекция заканчивалась — это был конец пары: "Что-то тут концом пахнет". 8432 — | 8045 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Электрическим полем называют вид материи, посредством которой происходит взаимодействие электрических зарядов. Поле неподвижных зарядов называется электростатическим.

Свойства электрического поля:

• порождается электрическим зарядом;

• обнаруживается по действию на заряд;

• действует на заряды с некоторой силой.

Точечный заряд – модель заряженного тела, размерами которого можно пренебречь в условиях

данной конкретной задачи ввиду малости размеров тела по сравнению с расстоянием от него до

точки определения поля.

Пробный заряд – точечный заряд, который вносится в данное электростатическое поле для измерения его характеристик. Этот заряд должен быть достаточно мал, чтобы своим воздействием не нарушить положение зарядов – источников измеряемого поля и тем

самым не изменить создаваемое ими поле.

Электрический диполь – система двух разноименных по знаку и одинаковых по величине точечных зарядов, находящихся на небольшом расстоянии один от другого. Вектор l, проведенный от отрицательного заряда к положительному, называется плечом диполя. Вектор

p = q*l называется электрическим моментом диполя.

Читайте также:  Глубоководные насосы для скважин цена

Характеристики электрического поля:

1. силовая характеристика – напряженность (Е) – это векторная физическая величина, численно равная отношению силы, действующей на заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда: Е = F/q; [E] = [ 1 Н/Кл ] = [1 В/м ]

Графически электрическое поле изображают с помощью силовых линий –это линии, касательные к которым в каждой точке пространства совпадают с направлением вектора напряженности.

Силовые линии электрического поля незамкнуты, они начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных:

2. энергетическая характеристика – потенциал j — это скалярная физическая величина, равная отношению потенциальной энергии заряда, необходимой для его перемещения из одной точки поля в другую, к величине этого заряда: j = DЕр/q. [j] = [1 Дж/Кл ] =[1 В ].

U = j1 — j2 — разность потенциалов (напряжение)

Физический смысл напряжения: U = j1 — j2 = А/q — — напряжение численно равно отношению работы по перемещению заряда из начальной точки поля в конечную к величине этого заряда.

U = 220 В в сети означает, что при перемещении заряда в 1 Кл из одной точки поля в другую, поле совершает работу в 220 Дж.

3. Индукция электрического поля. Напряженность электрического поля является силовой характеристикой поля и определяется не только зарядами, создающими поле, но зависит и от свойств среды, в которой находятся эти заряды.

Часто бывает удобно исследовать электрическое поле, рассматривая только заряды и их расположение в пространстве, не принимая во внимание свойств окружающей среды. Для этой цели используется векторная величина, которая называется электрической индукцией или электрическим смещением. Вектор электрической индукции D в однородной изотропной среде связан с вектором напряженности Е соотношением

.

Единицей измерения индукции электрического поля служит 1 Кл/ м 2 . Направление вектора электрического смещения совпадает с вектором Е. Графическое изображение электрического поля можно построить с помощью линий электрической индукции по тем же правилам, что и для линий напряженности

Графическое изображение электрических полей.

Электрические поля можно изображать графически: при помощи силовых линий или эквипотенциальных поверхностей (которые взаимно перпендикулярны между собой в каждой точке поля.

Силовыми линиями (линиями напряженности) называются линии, касательные в каждой точке к которым совпадают с направлением вектора напряженности в данной точке.

Эквипотенциальные поверхности – это поверхности равного потенциала.

Закон взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов установлен в 1785 г. Ш. Кулоном с помощью крутильных весов, подобных тем, которые (см. § 22) использовались Г. Кавендишем для определения гравитационной постоянной (ранее этот закон был открыт Г. Кавендишем, однако его работа оставалась неизвестной более 100 лет). Точечным называется заряд, сосредоточенный на теле, линейные раз­меры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других заряжен­ных тел, с которыми он взаимодействует. Понятие точечного заряда, как и материаль­ной точки, является физической абстракцией.

Закон Кулона: сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорциональна зарядам Q1 и Q2 и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними:

Читайте также:  Ванна тритон 120х70 отзывы

где k коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц.

Сила F направлена по прямой, соединяющей взаимодействующие заряды, т. е. является центральной, и соответствует притяжению (F 0) в случае одноименных зарядов. Эта сила называется кулоновской силой. В векторной форме закон Кулона имеет вид

(78.1)

В СИ коэффициент пропорциональности равен

Тогда закон Кулона запишется в окончательном виде:

Электростатика является разделом физики, направленным непосредственно на изучение свойств и взаимодействий неподвижных (относительно инерциальной системы отсчета) электрически заряженных тел (частиц), обладающих электрическим зарядом.

Электрический заряд представляет собой физическую величину, характеризующую свойство тел (частиц) к вхождению в электромагнитные взаимодействия, и определяющую значения сил и энергий при подобных взаимодействиях. В Международной СЕ в качестве единицы измерения электрического заряда выступает кулон (Кл).

Различают несколько видов электрических зарядов:

Тело представляет собой электрически нейтральное в случае равенства суммарного заряда отрицательно заряженных частиц в составе тела и суммарного заряда положительно заряженных частиц. В качестве стабильных носителей электрических зарядов выступают элементарные частицы и также античастицы, а носителями положительного заряда выступают позитрон и протон (отрицательного – антипротон и электрон).

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Закон Кулона

Закон Кулона считается в физике основным законом электростатики, определяющим величину и направление силы взаимодействия между двумя точечными неподвижными зарядами.

Под точечным зарядом понимается заряженное тело, чей размер многократно меньше расстояния его возможного влияния на остальные тела. В таких условиях ни размеры, ни форма заряженных тел оказываются практически неспособными повлиять на взаимодействия между ними.

Рисунок 1. Закон Кулон. аАвтор24 — интернет-биржа студенческих работ

Впервые закон Кулона экспериментально был доказан в 1773 г. Кавендишем, использовавшим с этой целью сферический конденсатор. Ученому удалось показать факт отсутствия внутри заряженной сферы электрического поля. Это, в свою очередь, означало изменение силы электростатического взаимодействия в обратной пропорциональности квадрату расстояния, при этом результаты исследований Кавендиша так и не были опубликованы.

Задай вопрос специалистам и получи
ответ уже через 15 минут!

В 1785 г. Ш. Кулоном был установлен закон (благодаря специальным весам). Опыты этого ученого способствовали установлению закона, поразительно напоминающего закон всемирного тяготения. Сила взаимодействия в вакууме двух точечных неподвижных заряженных тел оказывается прямо пропорциональной произведению модулей заряда и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними.

Закон сохранения электрического заряда

Согласно принципам закона сохранения электрического заряда, алгебраическая сумма электрических зарядов каждой частицы из изолированной системы останется неизменной, несмотря на происходящие в ней процессы.

Электрический заряд абсолютно любой частицы (системы частиц) считается целым кратным элементарному электрическому заряду (по величине равному заряду электрона) или приобретает нулевое значение.

Рисунок 2. Закон сохранения электрического заряда. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В качестве одного из подтверждений закона по сохранению электрического заряда выступает строгое равенство электрических зарядов (по абсолютной величине) электрона и протона. Исследование движения атомов (молекул), а также микроскопических тел в электрических полях только подтверждает электрическую нейтральность вещества и непосредственно равенство зарядов протона и электрона.

Читайте также:  Аккумулятор для американских автомобилей с боковыми клеммами

Закон сохранения заряда также подтверждают и простые опыты с электризацией тел. Так, если закрепить на стержне электрометра металлический диск, положить на него прослойку из сукна и поставить сверху такой же диск, с ручкой из диэлектрика, можно наблюдать следующий результат. При совершении нескольких движений верхним диском по изоляционной прослойке можно заметить, что стрелка электрометра отклоняется, свидетельствуя таким образом о появлении на сукне и диске, соприкасающимся с ним, электрического заряда.

Если прикоснуться потом вторым диском (потертым о сукно) к стержню второго электрометра, можно наблюдать отклонение стрелки электрометра приблизительно на такой же угол, что и стрелка первого электрометра. Это будет означать, что при электризации каждый диск получил равный по модулю заряд. Если далее соединить электрометры металлическим стержнем, то можно увидеть, как стрелки приборов каются вниз. Нейтрализация зарядов стала свидетельством того, что они были равными по модулю, но противоположными по знаку (и поэтому в сумме давали нулевое значение).

Закон сохранения заряда в 1750 г. установил Б. Франклин. Им же было введено понятие об отрицательных и положительных зарядах.

Элементарные частицы могут рождаться и исчезать, претерпевая различные превращения. При этом возникновение и исчезновение элементарных частиц происходит всегда парным образом (парами с противоположными зарядами). Согласно многочисленным наблюдениям превращений элементарных частиц, закон сохранения заряда постоянно находит свое подтверждение. Таким образом, он служит выражением одного из фундаментальных свойств электрического заряда.

Существование двух родов электрических зарядов

В 1733 г. ученый из Франции Ш. Дюфе установил факт существования электрических зарядов в двух родах: стеклянном и смоляном. Разноименные заряды склонны к притяжению, а одноименные – к отталкиванию.

Так, согласно опытам, смоляное электричество возникало на янтаре, а стеклянное – на поверхности стекла, драгоценных камней, шерсти животных. В 1747 г. ученый Б. Франклин предложил называть «положительным» стеклянное электричество, обозначая его знаком «+» (плюс), а смоляное – отрицательным (знак «минус»).

В момент соприкосновения электризоваться всегда будут оба тела. Это можно проследить на некоторых примерах:

  • в паре эбонит + мех электризация эбонита будет отрицательной, а меха – положительной;
  • если взять пару металл + шерсть, то отрицательно заряженным окажется металл, а мех- положительно заряженным;
  • в паре металл + каучук наблюдается положительная электризация металла, а каучук – отрицательно электризуется. Главными носителями положительных зарядов оказываются протоны, а отрицательных – электроны.

Так и не нашли ответ
на свой вопрос?

Просто напиши с чем тебе
нужна помощь

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector