Линии напряженности поля (см.выше уч.10кл.стр.366-368)
Напряженность поля системы зарядов
Принцип суперпозиции полей
Использование принципа суперпозиции для построения линий напряженности системы зарядов
Электрическое поле диполя.
Определение диполя.
Определение плеча диполя
Напряженность точки в поле диполя
Электростатическое поля заряженной сферы
Область сосредоточения поля сферы
Формула напряженности поля сферы (уч.10кл.стр.374)
Понятие, формула и единицы измерения поверхностной плотности заряда (уч.10кл.стр.374)
Электрическое поле заряженной плоскости
Силы действующие на единичный положительный заряд в данной точке со стороны других зарядов, не зависят друг от друга.
Принцип суперпозиции электрических полей
Напряженность поля системы зарядов в данной точке равна геометрической (векторной) сумме напряженностей полей, созданных в этой точке каждым зарядом в отдельности.
Согласно принципу суперпозиции действия сил результирующая сила F действующая на единичный положительный заряд q0 равна геометрической сумме всех кулоновских сил действующих на него со стороны других зарядов:
Разделив обе части на q0 получим (учитывая, что ) математическую запись принципа суперпозиции электрических полей:
Þ
Принцип суперпозиции позволяет рассчитать напряженность поля произвольной системы зарядов.
Пример – напряженность поля двух точечных зарядов:
Систему зарядов с суммарным зарядом Q ≠ 0 на расстоянии много больше размера системы можно рассматривать, как точечный заряд. Напряженность ее поля на таком расстоянии будет как и у точечного заряда:
E ≈
Для системы зарядов с суммарным зарядом Q = 0 напряженность поля на расстоянии много большем размеров системы не равна нулю.
Покажем это на примере электрического диполя.
Электрический диполь – система, состоящая из двух равных по модулю разноименных точечных зарядов.
Плечо диполя – отрезок прямой, соединяющий заряды.
В качестве диполя можно рассматривать любую полярную молекулу HCl, CuCl2.
Пусть l – плечо диполя
Напряженность в точке А, находящейся на одинаковом расстоянии от зарядов:
E1 = E2 = ; R2 = r2 + (l/2)2 Þ E1 = E2 =
По принципу суперпозиции полей
Суммарная напряженность поля направлена параллельно оси диполя по оси Х.
Ex = E1x + E2x
E1x, E2x - проекции напряженностей на ось Х
Из рисунка видно, что
E1x = E2x = E1 cos(a) ; cos(a) = =
E1 = E2 = ; Ex = E1x + E2x Þ E = k
Так как r >> l, то можно пренебречь l по сравнению с r,
напряженность поля на большом расстоянии от диполя:
E ≈ k ≠ 0
E ≈ k = (k )
k – напряженность поля точечного заряда
– характеризует малость результирующей напряженности диполя по сравнению с напряженностью поля точечного заряда.
Поле диполя мало из-за компенсации полей разноименных зарядов. На большом расстоянии от диполя напряженность убывает по закону 1/r3, т.е гораздо быстрее, чем в случае точечного заряда (1/r2).
Электростатическое поле сосредоточено внутри макроскопического тела и вблизи его поверхности.
Принцип суперпозиции позволяет рассчитать напряженность электростатического поля, созданного заряженными телами конечных размеров
Найдем напряженность электростатического поля положительного заряда Q, равномерно распределенного по поверхности сферы радиуса R.
В любой точке внутри сферы напряженность поля равна нулю, так как диаметрально противоположные заряды компенсируют действия друг друга.
Электростатическое поле внутри заряженной сферы отсутствует.
Найдем напряженность поля в произвольной точке А вне сферы, на расстоянии r от ее центра.
Мысленно разделим сферу на пары одинаковых точечных зарядов симметричных относительно прямой через центра сферы и точку А..
Любая пара таких зарядов создает напряженность вдоль оси симметрии, поэтому напряженность вне заряженной сферы направлена радиально, от сферы.
Электростатическое поле, созданное заряженной сферой, сосредоточено в определенной области пространства – вне сферы.
Линии напряженности поля, созданного заряженной сферой в этой области, совпадают с линиями напряженности точечного положительного заряда +Q, помещенного в центр сферы.
Напряженность поля вне равномерно заряженной сферы совпадает с напряженностью поля точечного заряда, равного заряду сферы и помещенного в ее центре.
E =
Найдем напряженность электростатического поля заряженной плоскости в непосредственной близости от нее, т.е. на расстоянии r, значительно меньшем, чем линейный размер плоскости (r << l)
На таком расстоянии плоскость можно считать бесконечной
Характеристикой распределения заряда по плоскости является поверхностная плотность заряда.
Поверхностная плотность заряда – физическая величина, равная отношению заряда, равномерно распределенного по поверхности, к площади этой поверхности
σ =
Единица измерения – Кл/м2
Поверхностная плотность заряда численно равна заряду на 1 м2 поверхности.
Разобьем мысленно плоскость на пары одинаковых зарядов q, симметричных относительно точки О. Результирующая напряженность в произвольной точке Р от этой пары зарядов направлена перпендикулярно к плоскости от нее (в случае положительного заряда плоскости)
Линии напряженности положительно заряженной бесконечной плоскости направлены от нее перпендикулярно ее поверхности.
Линии напряженности отрицательно заряженной бесконечной плоскости направлены к ней перпендикулярно ее поверхности.
Линии напряженности электростатического поля параллельны лишь в случае однородного поля.
Напряженность поля бесконечной равномерно заряженной плоскости постоянна (одинакова на любом расстоянии от плоскости) и зависит лишь от поверхностной плотности заряда.
E =
В случае среды с относительной диэлектрической проницаемостью e, напряженность поля уменьшится в e раз:
E =
Полученное выражение справедливо лишь на малых по сравнению с размерами плоскости расстояниях.
ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ(уч.10кл.стр.392-396)
Распределение зарядов в проводнике при отсутствии и наличии электрического поля
Понятие электростатической индукции
Определение идеального проводника
Напряженность поля внутри проводника
Линии напряженности вне и внутри проводника
Эквипотенциальность поверхности проводника
Экранирование и его физический смысл
Распределение зарядов по поверхности проводника(уч.10кл.стр.365)
Условия равновесия зарядов
Распределение зарядов по поверхности проводящих сфер
Формула заряда на поверхности сферы
Носителями свободных зарядов в металлах являются электроны. Их концентрация велика – порядка 1028 м-3.
Эти электроны участвуют в беспорядочном тепловом движении. Под действием электрического поля они начинают перемещаться упорядоченно со средней скоростью 10-4 м/с.
Наличие свободных электронов в металлах было доказано в опытах Л. И. Мандельштама и Н.Д.Папалекси (1913 г.), Б.Стюартом и Р.Толменом (1916 г.).
На катушку наматывают проволоку, концы которой припаивают к двум металлическим дискам, изолированным друг от друга. К концам дисков при помощи скользящих контактов присоединяют гальванометр. Катушку приводят в быстрое движение, а затем резко останавливают. После резкой остановки катушки свободные заряженные частицы некоторое время движутся относительно проводника по инерции, и, следовательно, в катушке возникает электрический ток. Ток существует незначительное время, так как из-за сопротивления проводника заряженные частицы тормозятся и упорядоченное движение частиц, образующее ток прекращается.
В отрицательно заряженном проводнике избыточные электроны из-за взаимного отталкивания расходятся на максимальное расстояние, распределяясь по поверхности проводника.
В положительно заряженном проводнике свободные электроны втягиваются внутрь избыточным положительным зарядом протонов. Из-за ухода электронов с поверхности на ней остается избыточный положительный заряд.
Заряды, сообщенные проводнику, распределяются по его поверхности.
На поверхности электронейтрального проводника, помещенного во внешнее электростатическое поле, происходит перераспределение заряда, называемое электростатической индукцией.
В поле конденсатора отрицательные заряды притягиваются к положительной пластине, положительные – к отрицательной.
Эти заряды называются индуцированными.
Разделение зарядов прекращается, когда сила притяжения зарядов к пластинам будет равна силе притяжения между индуцированными зарядами.
В равновесии движение свободных зарядов прекращается, что свидетельствует об отсутствии электростатического поля внутри проводника.
Если в диэлектрике напряженность поля связанных зарядов лишь уменьшает напряженность внешнего поля, то в проводнике поле индуцированных (наведенных) зарядов полностью его компенсирует.
Идеальный проводник – проводник, в котором движение свободных зарядов возникает при сколь угодно малой напряженности электростатического поля.
Для идеального проводника E=0, следовательно его e®¥
Заряды, сообщенные проводнику, располагаются на его поверхности.
Суммарный заряд внутренней области проводника равен нулю и не влияет на распределение зарядов на поверхности и на напряженность поля внутри проводника.
Напряженность поля внутри полости проводника будет таким же как и в сплошном проводнике (равным нулю).
Электростатическое поле внутрь проводника не проникает.
Это используется при экранировании от электростатических полей.
Экранирование электростатического поля возможно, так как наряду с силами притяжения между зарядами действуют силы отталкивания.
Экранирование гравитационного поля невозможно, так как там действуют только силы притяжения.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98
