Электродинамика

 
 
 
 

Электродинамика 

Электродинамика изучает  электромагнитное взаимодействие заряженных частиц.

Электростатика- раздел электродинамики, изучающий взаимодействие неподвижных (статических) электрических зарядов.

Способность частиц  к электромагнитному взаимодействию  характеризует электрический заряд.

Электрический  заряд- физическая величина, определяющая силу электромагнитного взаимодействия. 
 

Кулон – это электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А за 1 с.

 
 
 
 

Электризация  тел 

Электризация- процесс получения электрически заряженных макроскопических тел из электронейтральных. 

Степень электризации  макроскопических тел характеризуется  величиной и знаком электрического  заряда, полученного телом.

В лабораторных  опытах для обнаружения и измерения  электрических зарядов используются  электроскоп и электрометр. 

Электроскоп и электрометр  

Причина - в  различии энергии связи электрона  с атомом в этих веществах. 

 
 
 
 

В результате трения  стекла о шелк стекло заряжается  положительно, а шелк отрицательно.

При трении стекла  об асбест стекло заряжается  отрицательно, асбест- положительно. 

Существует два  рода зарядов: положительные и отрицательные. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются. 
 

Одно и  то же вещество при трении  с различными веществами может  ли получать заряд одного знака.  

Трение- лишь один  из многих способов электризации  вещества. Тело может заряжаться  вследствие соприкосновения с  заряженным телом, в результате  нагревания, светового облучения.

Примеры: Принцип работы ксерокса (электризация при облучении), дактилоскопическая экспертиза(соприкосновение).

 
 
 
 

Закон  сохранения электрического  заряда.  

Изолированной (или замкнутой) системой называют систему тел, в которую не вводятся извне и не выводятся из нее электрические заряды. 

В изолированной  системе алгебраическая сумма  зарядов всех тел остается  постоянной:q_¹ + q_² + q_³ + ... + q_ⁿ = const. 

Закон сохранения  заряда имеет глубокий смысл: элементарные частицы могут рождаться  только парами с одинаковыми  по модулю и противоположными  по знаку зарядами. 

Закон сохранения  заряда: 
 

 
 
 
 

Закон  Кулона 

Шарль Кулон и  его крутильные весы 

 
 
 
 

Установка  опыта 

В своих опытах  Кулон измерял силы притяжения  и отталкивания заряженных шариков  с помощью сконструированного  им прибора – крутильных весов, отличавшихся чрезвычайно высокой  чувствительностью. Коромысло весов поворачивалось на 1° под действием силы порядка 10^–9 Н. Основной элемент крутильных весов – легкий изолирующий стержень (коромысло), подвешенный за середину на упругой нити. В крутильных весах сила электрического взаимодействия заряженных шаров измерялась по углу поворота, фиксируемого по наружной шкале. В опытах Кулона измерялось взаимодействие между шариками, размеры которых много меньше расстояния между ними. Такие заряженные тела принято называть точечными зарядами.

 
 
 
 

Точечным  зарядом называют заряженное тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.  

На основании многочисленных  экспериментов Кулон установил  следующий закон. 

Сила взаимодействия  между двумя неподвижными точечными  зарядами, находящимися в вакууме, прямо пропорциональна произведению  модулей зарядов и обратно  пропорциональна квадрату расстояния  между ними:  

В системе единиц  СИ коэффициент пропорциональности(электрическая постоянная ) в законе Кулона равен : 

Этот коэффициент  записывают в виде :

 
 
 
 

Силы взаимодействия  подчиняются третьему закону  Ньютона: 
 

 Они являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках. 

Взаимодействие зарядов. Сила Кулона  

Заряд в 1 Кл очень  велик. Два заряженных тела, несущих  каждое заряд, равный 1 Кл, и расположенных  на расстоянии 1 м, отталкивались  бы друг от друга огромными  силами, равными 9∙10⁹ Н. А на расстоянии в 1 км заряды в 1 Кл взаимодействуют с силой, с которой Земля притягивает груз массой около одной тонны. 

Взаимодействие неподвижных  электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием

 
 
 
 

Напряженность  электрического поля -силовая  характеристика 

Напряженностью  электрического поля называют физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку пространства, к величине этого заряда: 

Направление вектора  напряженности  в каждой точке пространства совпадает с направлением силы Кулона, действующей на единичный положительный заряд. 
 

Модуль вектора  напряженности электростатического  поля точечного заряда:

 
 
 
 

Для наглядного  изображения электрического поля  используют силовые линии. Эти линии проводят так, чтобы направление вектора в каждой точке совпадало с направлением касательной к силовой линии. При изображении электрического поля с помощью силовых линий их густота должна быть пропорциональна модулю вектора напряженности поля. 

Силовые линии электрического  поля  

Силовые линии однородного  поля  

Электрическое поле, векторы напряженности которого  одинаковы во всех точках пространства, называется однородным

 
 
 
 

Силовые линии положительного  и отрицательного зарядов  

Силовые линии в  системе двух одноименных положительных  зарядов  

Силовые линии в  системе двух одноименных отрицательных  зарядов  

Силовые линии в  системе двух разноименных зарядов  

Принцип суперпозиции  эл. полей: Напряженность поля системы  зарядов в данной точке равна  геометрической  сумме напряженностей  полей, созданных в этой точке  каждым зарядом в отдельности:

 
 
 
 

Потенциал  электростатического  поля- энергетическая  характеристика 

Потенциал  электростатического  поля в данной точке- скалярная физическая величина, равная отношению потенциальной энергии, которой обладает пробный положительный заряд, помещенный в данной точку поля, к значению этого заряда: 

Потенциальная энергия  положительного заряда +q, находящегося  на расстоянии r неподвижного заряда +Q, равна: 

Пробный заряд должен  быть малым, чтобы не перераспределять  заряды, создающие поле. 

Вольт равен  потенциалу точки поля,  в которой  заряд 1 Кл обладает потенциальной  энергией 1 Дж

 
 
 
 

Разность  потенциалов 

Разность  потенциалов (напряжение) между двумя точками численно равна работе сил электростатического поля при перемещении единичного положительного заряда из начальной точки в конечную. 

Разность потенциала  между двумя точками 1 и 2, находящимися  на расстоянии     и     от точечного заряда +Q, равна:

 
 
 
 

Энергия  электростатического  поля плоского  конденсатора 

Конденсатор - система двух проводников с равными по величине и противоположными по знаку зарядами. 

Потенциальная энергия  пластин конденсатора равна: 

Где S-площадь пластин  конденсатора,  U – напряжение, d-расстояние  между пластинами конденсатора, С- электроемкость конденсатора. 

Электрическая  емкость конденсатора – физическая величина, равная отношению заряда одного из проводников к разности потенциалов между этим проводником и соседним:

 
 
 
 

Вопросы  на повторение:  

1. В чем заключается  физический смысл коэффициента  k в законе Кулона?

2. В каких случаях  электрический заряд можно считать  точечным? 

3. Чему равен  коэффициент k в законе Кулона?

4. Чему равна  электрическая постоянная ε⁰ в законе Кулона?

5. Почему при  трении заряжаются оба тела? 

6. Чем электроскоп  отличается от электрометра? 

7. На каком явлении  основано получение зарядов с  помощью этих приборов? 

8. Сформулируйте  определения потенциала.