|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.Электрическое поле, однородное и неоднородное. Работа по перемещению электрического заряда в однородном поле.
Электрическое поле — одна из составляющих электромагнитного поля; особый вид материи, существующий вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может быть обнаружено благодаря его силовому воздействию на заряженные тела.
Однородное поле — это электрическое поле, в котором напряжённость одинакова по модулю и направлению во всех точках пространства. Приблизительно однородным является поле между двумя разноимённо заряженными плоскими металлическими пластинами. В однородном электрическом поле линии напряжённости направлены параллельно друг другу.
Неоднородное поле- поле, напряжённость которого (или индукция) разные в разных точках пространства.
Работа по перемещению электрического заряда
Вычислим
работу при перемещении электрического
заряда в однородном электрическом поле
с напряженностью 
.
Если перемещение заряда происходило
по линии напряженности поля на
расстояние 
(рис.
134), то работа равна
A = Fэ(d1 - d2) = qE(d1 - d2), (39.1)
где d1 и d2 — расстояния от начальной и конечной точек до пластины В. В механике было показано, что при перемещении между двумя точками в гравитационном поле работа силы тяжести не зависит от траектории движения тела. Силы гравитационного и электростатического взаимодействия имеют одинаковую зависимость от расстояния, векторы сил направлены вдоль прямой, соединяющей взаимодействующие точечные тела. Отсюда следует, что и при перемещении заряда в электрическом поле из одной точки в другую работа сил электрического поля не зависит от траектории его движения. Этот вывод подтверждается самыми точными экспериментами. При изменении направления перемещения на 180° работа сил электрического поля, как и работа силы тяжести, изменяет знак на противоположный. Если при перемещении заряда q из точки В в точку С силы электрического поля совершили работу А, то при перемещении заряда q по тому же самому пути из точки С в точку В они совершают работу — А. Но так как работа не зависит от траектории, то и при перемещении по траектории CKB тоже совершается работа — А. Отсюда следует, что при перемещении заряда сначала из точки В в точку С, а затем из точки С в точку В, т. е. по замкнутой траектории, суммарная работа сил электростатического поля оказывается равной нулю (рис. 135).
Работа сил электростатического поля при движении электрического заряда по любой замкнутой траектории равна нулю. Поле, работа сил которого по любой замкнутой траектории равна нулю, называется потенциальным полем. Гравитационное и электростатическое поля являются потенциальными полями.
2.Напряжение и потенциал.
Для энергетической характеристики каждой точки электрического поля вводится понятие «потенциал». Обозначается потенциал буквой φ.
Потенциал в каждой точке электрического поля характеризуется энергией W , которая затрачивается (или может быть затрачена) полем на перемещение единицы положительного заряда q из данной точки за пределы поля, если поле создано положительным зарядом, или из-за пределов поля в данную точку, если поле создано отрицательным зарядом (рис. 1.7а).
Рис. 1.7
Из приведённого определения следует, что потенциал в точке А равен φА = WА/q; в точке В – WВ/q, а потенциал в точке С – WС/q.
Измеряется потенциал в вольтах [φ] = [W/q] = Дж/Кл = В.
Величина потенциала в каждой точке электрического поля определяется выражением
φА
= 
(1.12)
Потенциал – скалярная величина. Если электрическое поле создано несколькими зарядами, то потенциал в каждой точке поля определяется алгебраической суммой потенциалов, созданных в этой точке каждым зарядом.
Так как (рис. 1. 7а) rА <rВ <rС, то из (1.12) следует, чтоφА >φВ >φС, если поле создано положительным зарядом.
Если в точку А (рис. 1.7а) электрического поля поместить положительный пробный заряд , то под действием сил поля он будет перемещаться из точки А в точку В, а затем в точку С, т.е. в направлении поля. Таким образом, положительный пробный заряд перемещается из точки с большим потенциалом в точку с меньшим потенциалом. Между точками с равными потенциалами заряд перемещаться не будет. Следовательно, для перемещения заряда между двумя точками электрического поля должна быть разность потенциалов в этих точках.
Разность потенциалов двух точек электрического поля характеризует напряжение между этими точками.
UАВ = φА - φВ; UВС = φB - φC; UАС = φА - φC
Напряжение между двумя точками электрического поля характеризуется энергией, затраченной на перемещение единицы положительного заряда между этими точками, т.е. UАВ = WАВ/q
Измеряется напряжение в вольтах (В).
Рис 1.8
Между напряжением и напряжённостью в однородном электрическом поле (рис. 1.8) существует зависимость
UАВ = φА - φВ = WАВ/q = Fl/q = El,
откуда следует
Е = UАВ / l . (1.13)
Из этой формулы видно, что напряжённость однородного электрического поля определяется отношением напряжения между двумя точками поля к расстоянию между этими точками.
Единица напряжённости электрического поля В/м (вольт на метр).
Рис. 1.8
Потенциалы в точках электрического поля имеют различные значения. Однако в электрическом поле можно выделить ряд точек с одинаковым потенциалом. Поверхность, проходящая через эти точки, называется равнопотенциальной, или эквипотенциальной. Примером такой поверхности являются обкладки цилиндрического конденсатора (рис. 1.7б) и плоского конденсатора (рис. 1.9). Они имеют одинаковый потенциал по всей площади каждой обкладки и являются эквипотенциальными поверхностями.