Тема 3. Электростатика и постоянный электрический ток.

1. Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона.

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

Равен приблизительно 1,6×10⁻¹⁹ Кл

Закон сохранения электрического заряда гласит, что алгебраическая сумма зарядов электрически замкнутой системы сохраняется.

Зако́н Куло́на — это закон о взаимодействии точечных электрических зарядов.

Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними: k=9*10⁹ Н*м²/Кл².ε₀=8,85*10^-12 Кл²/(Н*м²) - электрическая постоянная.

Был открыт Шарлем Кулоном в 1785 году

2. Электростатическое поле. Напряженность (для точечного заряда, заряженной плоскости, поля конденсатора). Силовые линии и ее свойства. Принцип суперпозиции.

Электростатическое поле — поле, созданное неподвижными в пространстве и неизменными во времени электрическими зарядами (при отсутствии электрических токов)

Напряжённость электри́ческого по́ля — векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы действующей на пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда q:

Также иногда называется силовой характеристикой электрического поля.

-заряженной плоскости Поле бесконечной заряженной плоскости не зависит от расстояния от плоскости!

Формула справедлива при условии, что расстояние между пластинами много меньше размеров самих пластин и вдали от краев пластин.

Силовые линии указывают направление силы, действующей на положительный заряд в данной точке поля.

Свойства силовых линий электрического поля

• Силовые линии электрического поля имеют начало и конец. Они начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных.

• Силовые линии электрического поля всегда перпендикулярны поверхности проводника.

• Распределение силовых линий электрического поля определяет характер поля. Поле может быть радиальным (если силовые линии выходят из одной точки или сходятся в одной точке), однородным (если силовые линии параллельны) и неоднородным (если силовые линии не параллельны).

3)Потенциал. Эквипотенциальная поверхность. Связь напряженности и потенциала

Энергетической характеристикой электрического поля является потенциал .

Потенциалом электрического поля в заданной точке называется скалярная величина, численно равная работе, совершаемой силами поля по перемещению единичного положительного заряда из заданной

точки поля в бесконечность. , где и – потенциалы начальной и конечной точек пути.

Геометрическое место точек равного потенциала называется эквипотенциальной поверхностью . Если заряд перемещается вдоль эквипотенциальной поверхности, то работа равна 0. Эквипотенциальная поверхность ортогональна к силовым линиям поля.

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: E=F/q

Электрическое поле характеризуется двумя физическими величинами: напряженностью (силовая характеристика) и потенциалом (энергетическая характеристика)E = - grad = -Ñ .

Напряжённость в какой-либо точке электрического поля равна градиенту потенциала в этой точке, взятому с обратным знаком. Знак «минус» указывает, что напряженность E направлена в сторону убывания потенциала.

4. Электрическая емкость. Конденсатор. Соединения конденсаторов. Энергия конденсатора и электрического поля.

Электроемкостью проводника называется физическая величина С, численно равная заряду, который следует сообщить проводнику для того, чтобы его потенциал изменился на единицу где Q — заряд, U — потенциал проводника. СИ –Фарад

Для плоского конденсатора получаем

Емкость батареи из соединенных параллельно одинаковых конденсаторов определяется формулой

, где S – площадь одной обкладки конденсатора, м²;d – расстояние между обкладками, м; - электрическая постоянная, =8,85 10^-12 Ф/м. – диэлектрическая проницаемость диэлектрика; N – число одинаковых конденсаторов, соединенных параллельно.

Конденса́тор— двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.

При параллельном соединении конденсаторов напряжение между пластинами каждого конденсатора одно и то же. Поэтому можно написать Заряд каждого конденсатора:

Общий заряд батареи конденсаторов:

При последовательном со­единении каждый конденсатор не­зависимо от величины его ем­кости получит один и тот же за­ряд, т. е.

Напряжение, приложенное ко всей батарее конденсаторов, равно сумме напряжений на пластинах каждого конденсатора:

Потенциальная энергия W_p конденсатора электроемкостью С, заряженного до напряжения U, равна