СИЛОВЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛ.
НАПРЯЖЕННОСТЬ ПОЛЯ ЗАРЯЖЕННОГО ШАРА
Электрическое поле, напряженность которого одинакова во всех точках пространства, называется однородным.
Густота силовых линий больше вблизи заряженных тел, где напряженность поля также больше.
[pic]-напряженность поля точечного заряда.
Внутри проводящего шара (r > R) напряженность поля равна нулю.
ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ.
В проводниках имеются заряженные частицы, способные перемещаться внутри проводника под влиянием электрического поля. Заряды этих частиц называют свободными зарядами.
Электростатического поля внутри проводника нет. Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности. Заряды в проводнике могут располагаться только на его поверхности.
ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭЛЕКТПРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД
[pic]-заряд капельки; е=1,6(10-19Кл
Два вида диэлектриков
Нейтральную систему зарядов называют электрическим диполем.
Полярные, состоящие из молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают.
Неполярные, состоящие из атомов или молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов совпадают.
Поляризация диэлектриков.
Диэлектрическая проницаемость.
Смещение положительных и отрицательных связанных зарядов диэлектрика в противоположные стороны называют поляризацией.
Диэлектрическая проницаемость среды – это физическая величина, показывающая, во сколько раз модуль напряженности электрического поля [pic] внутри однородного диэлектрика меньше модуля напряженности поля [pic]о в вакууме.
[pic], [pic] - физич. вел-на, характ. эл-кие св-ва среды
Данная формула справедлива только для однородной среды.
Е= k[pic] -для точечного заряда и шара
[pic] - закон Кулона для зарядов, находящихся в однородном диэлектрике.
Силы между заряженными телами зависят от свойств среды, в которой эти тела находятся.
Потенциальная энергия заряженного тела в однородном электростатическом поле.
[pic]; [pic]
E
d1-d2 = (d - на этом участке пути электрич. поле совершит положит. работу.
[pic]; [pic] F=qE;
A = qE (d1-d2) = qEd1-qEd2 = -(qEd2-qEd1) = - (Ep2 – Ep1) = - (Ep
Если работа не зависит от формы траектории, то она равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком.
A = -(Wp2-Wp1) = -(Wp
Потенциальная энергия заряда в однородном электрическом поле равна:
Wp = qEd
Заряд q в отличие от массы может быть как положит., так и отриц. Если A
> 0, то (Wp < 0, (Wk > 0. Если A < 0, то (Wp > 0, (Wk < 0. Потенциальная
энергия растет, а кинетическая энергия уменьшается.
A = (Wk
На замкнутой траектории, когда заряд возвращается в начальную точку, А
= 0: А = -(Wp = -(Wp1-Wp1) = 0
Wp = qEd – qEd2
Физический смысл имеет не сама потенциальная энергия, а разность ее значений, определяемая работой поля при перемещении заряда из начального положения в конечное.
[pic] , где
( - диэлектрическая проницаемость среды
Ео – напряженность поля в вакууме
Е – напряженность электрического поля внутри однородного диэлектрика
ПОТЕНЦИАЛ ЭЛЕКТРОПОЛЯ И РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ
На замкнутой траектории работа электростатического поля всегда равна 0.
Поля, обладающие таким свойством, называют потенциальными. Работу
потенциального поля можно выразить через изменение потенциальной энергии. А
= - (Wp2 – Wp1).
Wp ~ q. [pic] - потенциал эл. поля
? (фи) – скаляр, энергетическая характеристика электрического поля.
[pic] - потенциал однородного поля.
А = - (Wp2 – Wp1) = - q(?2- ?1)=q(?1- ?2)=qU
U = ?1 - ?2 =[pic] – разность потенциалов (напряжение)
Разность потенциалов между двумя точками равна 1, если при перемещении
зарядов в 1 Кл из одной точки в другую эл. поле совершает работу в 1 Дж.
Эту единицу называют вольтом (В); 1В = 1Дж/1 Кл
СВЯЗЬ МЕЖДУ НАПРЯЖЕННОСТЬЮ ЭЛ. ПОЛЯ И РАЗНОСТЬЮ ПОТЕНЦИАЛОВ.
ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ.
А= qE(d – электрическое поле совершает работу
А = q(?1 – ?2) = qU
[pic] [1В/м] - модуль вектора напряженности поля
Формула показывает: чем меньше меняется потенциал на расстоянии (d, тем меньше напряженность электрического поля; если потенциал не меняется совсем, то напряженность поля равно 0.
При перемещении положительного заряда в направлении напряженности [pic] электрическое поле совершает положительную работу А = q(?1 – ?2), то потенциал ?1 больше потенциала ?2. Напряженность электрического поля направлена в сторону убывания потенциала.
E = 1, если разность потенциалов между двумя точками на расст. 1 м в однородном поле = 1 В.
[pic]
Все точки поверхности, перпендикулярные силовым линиям, имеют один и тот же
потенциал. Все точки внутри проводника имеют один и тот же потенциал.
Напряженность поля внутри проводника равна 0.
[pic]
A=0; ?1= ?2
ЭЛЕКТРОЕМКОСТЬ. ЕДИНИЦЫ ЭЛ.ЕМКОСТИ.
В сильном электрическом поле (при большом напряжении) диэлектрик становится проводящим. Чем меньше увеличивается напряжение между проводниками, тем больший заряд можно на них накопить.
Физическую величину, характеризующую способность двух проводников накапливать электрический заряд, называют электроемкостью.
Отношение заряда q одного из проводников к разности потенциалов между этим проводником и соседним не зависит от заряда. Оно определяется геометрическими размерами проводников, их формой и взаимным расположением, а также электрическими св-вами окр. среды.
[pic] - электроемкость
Чем меньше напряжение, тем больше электроемкость проводников.
Электроемкость двух проводников = 1, если при сообщении им зарядов + 1
Кл и – 1Кл между ними возникает разность потенциалов 1В. Эту единицу
называют фарад (Ф); 1Ф = 1 Кл / В.
Микрофарад (мкФ) = 10-6 Ф
Пикофарад (пФ) = 10-12 Ф
[pic], где
q – заряд пластины
S – площадь пластины
Е – напряженность
( - физическая величина, характеризующая эл. св-ва среды
(о – электрическая постоянная (8,854 . 10-12 Ф . м-1)
КОНДЕНСАТОРЫ
[pic]~[pic]; U = E(d; [pic]
(d – расстояние между пластинами
[pic], где
С – емкость конденсатора с диэлектриком
Со – емкость конденсатора без диэлектрика
ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖОННОГО КОНДЕНСАТОРА.
[pic] - для потенциальной энергии заряда в однородном поле энергии конденсатора, где q – заряд конденсатора, d – расстояние между пластинами
Еd = U, где
U – разность потенциалов между обкладками конденсата
[pic]-энергия конденсатора
[pic]- электроемкость конденсатора
[pic]- энергия каждого элемента
[pic]~E2
[pic]- для плотности энергии
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. СИЛА ТОКА
Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. Возникает при упорядоченном перемещении свободных электронов или частиц. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.
Действия тока: тепловое, магнитное, химическое.
Заряд, перенесенный в единицу времени, служит основной количественной характеристикой тока, называемой силой тока.
[pic], где
(q – переносимый через поперечное сечение проводника заряд
(t – промежуток времени
I – сила тока, скаляр [ 1A = 1 Кл / с]
Сила тока может быть как положительной, так и отрицательной величиной.
Знак силы тока зависит от того, какое из направлений вдоль проводника
принять за положительное. I > 0, если направление тока совпадает с условно
выбранным положительным направлением вдоль проводника.
I = [pic]
[pic], где е – модуль заряда электрона n – концентрация частиц
УСЛОВИЯ, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ СУЩЕСТВОВАНИЯ ЭЛ. ТОКА.
1. Необходимо наличие свободно заряженных частиц
2. Необходима сила, действующая на частицы со стороны электрического поля в определенном направл
[pic]
Если разность потенциалов =0, то поля нет.
Если разность потенциалов не изменилась, то ток будет считаться постоянным.
ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ.
СОПРОТИВЛЕНИЕ
1. Для каждого проводника – твердого, жидкого и газообразного – существует определенная зависимость силы тока от приложенной разности потенциалов на концах проводника; эту зависимость выражает т.н. вольт – амперная характеристика проводника
2. Зависимость силы тока от напряжения носит название закон Ома.
Согласно закону Ома, для участка цепи сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению проводника R.
[pic]
3. Основная электрическая характеристика проводника – сопротивление.
Сопротивление зависит от материала проводника и его геометрических размеров.
[pic], где
S – площадь поперечного сечения (м2, мм2 ) l – длина проводника (м)
( - уд. сопротивление проводника
Удельное сопротивление численно равно сопротивлению проводника, имеющего форму куба с ребром 1 м, если ток направлен вдоль нормали к двум противоположным граням куба.
[pic]
ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТОКА И НАПРЯЖЕНИЯ
Для измерения силы тока в проводнике амперметр включают последовательно с этим проводником.
Для того, чтобы измерить напряжение на участке цепи с сопротивлением R, к нему параллельно подключают вольтметр.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ
СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ.
|Последовательное|Параллельное |
| | |
|1. Сила тока |1. I = I1 + I2 |
|I = I1 = I2 |2. U = U1 = U2 |
|2. Напряжение |[pic]; [pic] |
|[pic]; U1 = IR1 | |
| |[pic]; [pic] |
|U2 = IR2 | |
|[pic] |3. [pic] |
|U =U1 + U2 |[pic] |
|3. Сопротивление| |
|R = R1 + R2 |Если R1 |
| |=R2=R3=…=Rn, где n |
| |– число элемента |
| |[pic] |
| | |
РАБОТА И МОЩНОСТЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА
А = (qU ; A = IU(t = I2R(t = [pic]
[pic] - при параллельном соед.
[pic] - при последоват. соед
[pic] - закон Джоуля-Ленца
Мощность тока равна отношению работы тока за время (t к этому интервалу времени.
[pic]- закон Ома для участка цепи
[pic] - для последовательного соед.
[pic] - для параллельного соед.
ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА
Одно лишь электрическое поле заряженных частиц (кулоновское поле) не способно поддерживать постоянный ток в цепи.
Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением сил электростатического происхождения (т.е. кулоновских), называют сторонними силами.
Внутри источника тока заряды движутся под действием сторонних сил против кулоновских сил (электроны от положительно заряженного электрода к отрицательному).
ЭДС в замкнутом контуре представляет собой отношение работы сторонних сил при перемещении зарядов вдоль контура к заряду: ? =[pic][Вт]
