17 Вопрос. Понятие потока вектора. Теорема Гаусса для электрического поля в вакууме в интегральной форме.
Поток вектора напряженности через поверхность конечных размеров равен сумме потоков через все элементарные участки, образующие данную поверхность.
Если
электрическое поле однородное (если
погрешность во всех точках поля одинакова)
а поверхность плоская, то
Теорема Гаусса для электрического поля в вакууме в интегральной форме.
Поток вектора напряженности электростатического поля в вакууме через любую замкнутую поверхность равен отношению суммарного заряда, охваченного поверхностью к электрической постоянной.
18 вопрос. Потенциальность электростатического поля. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля. Электрический потенциал. Потенциал поля электрического диполя. Связь напряженности с потенциалом.
Потенциальность
электростатического поля.
Потенциальными
называются поля, работа сил которых не
зависит от траектории перемещения, а
определяется только начальным и конечными
положениями.
Найдем работу совершаемую
силами поля.
Р
абота
не зависит от траектории перемещения,
а определяется только начальным r
и конечным r,
расстоянием между зарядами. Отсюда
следует, что электростатическое поле
является потенциальным. В потенциальном
поле работа при перемещении по замкнутой
траектории равняется нулю. Должно
выполняться условие:
Циркуляция
вектора напряженности электростатического
поля.
- Циркуляция вектора напряженности
Циркуляция
вектора напряженности в электростатическом
поле равняется нулю.
Электрический
потенциал.
Энергетическая
характеристика электростатического
поля является электрический потенциал
φ
равный отношению потенциальной энергии
пробного заряда помещенного в данную
поля к величине самого заряда.
Потенциал
поля электрического диполя.
Электрический
диполь – система 2-х зарядов, одинаковых
по модулю, разноименных точечных зарядов,
находящихся на расстоянии
l
друг
от друга.
l
l
–
плечо диполя, вектор, проведенный от
+q -q отрицательного заряда к положительному.
Дипольный
момент
– дипольным моментом называется вектор
равный
Связь
напряженности и потенциала.
grad
– градиент. Градиент
потенциала
– вектор, направленный в сторону наиболее
резкого возрастания потенциала.
Численно
он равен производной от потенциала по
координате в этом направлении.
Таким
образом, вектор напряженности
электростатического поля направлен в
сторону наиболее резкого убывания
потенциала и численно равен производной
от потенциала по координате в этом
направлении.
19 Вопрос. Поляризация диэлектриков. Поляризованность. Виды поляризации: электронная, ориентационная, ионная.
Поляризация
диэлектриков.
Диэлектриками
называются материалы, которые при
обычных условиях не проводят электрический
ток. Диэлектрик не содержит свободных
носителей заряда.
Различают 3 типа
диэлектриков:
1) Неполярные
2)
Полярные
3) Ионные
Неполярные
называются
диэлектрики с неполярными молекулами,
т.е. молекулами, центры тяжести
положительных и отрицательных зарядов
которых, совпадают (диэлектрики с
симметричным строением). (H2,O2,N2)
Полярными
называют
диэлектрики с полярными молекулами,
т.е. молекулами, обладающими ненулевым
дипольными моментами в отсутствии
внешнего электрического поля. (имеют
несимметричное строение). (H2O,
спирты)
Ионными
диэлектриками являются твердые
диэлектрики имеющие ионную кристаллическую
решетку. (NaCl)
Поляризованность.
Если
диэлектрик поместить в электрическое
поле, то заряженные частицы, из которых
он состоит, сместятся под действием
поля. Положительные в одну сторону,
отрицательные в противоположную сторону,
при этом на поверхности диэлектрика
появляются поляризационные заряды
(связанные заряды). Это явление называется
поляризацией
диэлектрика.
Виды
поляризации: электронная, ориентационная,
ионная.
Электронная
(деформационная).
Под
действием внешнего электрического поля
происходит деформация электронных
орбит атомов. Молекулы приобретают при
этом наведенный дипольный момент
совпадающий по направлению с напряженностью
электрического поля.
Ориентационная.
При
помещении полярного диэлектрика в
электростатическое поле, на молекулы
диэлектрика обладающего дипольным
моментом, поле оказывает ориентирующее
действие, стремясь расположить дипольные
моменты молекул вдоль поля. Этому
препятствует тепловое движение молекул.
Вызывающие хаотический разброс
направления дипольных моментов. В
результате возникает преимущественная
ориентация дипольных моментов вдоль
поля. Возрастающая с увеличением поля
и уменьшением температуры.
Ионная.
Наблюдается
ионным диэлектриком. Такой диэлектрик
можно представить совокупностью двух
подрешеток: одна из положительных,
другая из отрицательных ионов. Внешнее
электрическое поле наряду с электронной
поляризацией вызывает смещение этих
подрешеток: положительное (в направление
поля), отрицательное (против поля). В
результате на поверхности диэлектрика
появляются связанные заряды.
20 вопрос. Теорема Гаусса для электрического поля в диэлектрике в интегральной форме. Вектор электрической индукции. Диэлектрическая восприимчивость, диэлектрическая проницаемость. Физический смысл диэлектрической проницаемости.
Теорема Гаусса для электрического поля в диэлектрике в интегральной форме.
Электрическое поле в веществе создается свободными и связанными зарядами.
Свободными называются заряды которые могут перемещаться по проводнику под действием электрического поля.
Заряды сообщаемые диэлектрику из вне.
Связанные заряды не могут свободно перемещаться т.к. они входят в состав атомов или молекул.
Диэлектрическая восприимчивость (или поляризуемость) вещества — физическая величина, мера способности вещества поляризоваться под действием электрического поля.
Абсолютная диэлектрическая проницаемость — физическая величина, показывающая зависимость электрической индукции от напряжённости электрического поля.
Относительная диэлектрическая проницаемость среды ε — безразмерная физическая величина, характеризующая свойства диэлектрической среды.
Физический смысл диэлектрической проницаемости:
Это безразмерная физическая величина, характеризующая свойства изолирующей среды. Она показывает, во сколько раз взаимодействие между зарядами в однородной среде меньше, чем в вакууме.
21 вопрос. Проводники в электростатическом поле. Электроёмкость проводника. Электроемкость шара. Электроемкость конденсатора. Электроемкость плоского конденсатора. Параллельное и последовательное соединение конденсаторов. Энергия заряженного проводника, конденсатора. Энергия электрического поля.
Проводники в электростатическом поле:
Явление перераспределение зарядов в проводнике под действием внешнего электростатического поля называется электростатической индукцией заряды взаимодействующие при этом на поверхности проводника называются направленными (редyцированными).
=
δ/E
Электроёмкостью проводника называется отношение заряда проводника к его потенциалу.
q=c*φ
c=q/φ
Электроёмкость шара.
Электроемкостью конденсатора - называется величина равная относительно заряда обкладок к напряжению в конденсаторе.
с=
Электроёмкость плоского конденсатора:
Электроемкость конденсатора прямо пропорциональна площади обкладок и обратно пропорциональна расстоянию между обкладками.
Последовательное соединение конденсаторов
При последовательном соединении конденсаторов на обкладках отдельных конденсаторов электрические заряды по величине равны: Q1 = Q2 = Q3 = Q
Действительно, от источника питания заряды поступают лишь на внешние обкладки цепи конденсаторов, а на соединенных между собой внутренних обкладках смежных конденсаторов происходит лишь перенос такого же по величине заряда с одной обкладки на другую (наблюдается электростатическая индукция), поэтому и на них появляются равные и разноимённые электрические заряды.
Параллельное соединение конденсаторов
В этом случае напряжения, подводимые к отдельным конденсаторам, одинаковы: U1 = U2 = U3 = U. Заряды на обкладках отдельных конденсаторов: Q1 = C1U, Q2 = C2U, Q3 = C3U, а заряд, полученный от источника Q = Q1 + Q2 + Q3. При параллельном соединении конденсаторов общая емкость равна сумме емкостей отдельных конденсаторов.
Энергия заряженного проводника конденсатора:
C=
;
W=
;
A=
Энергия электрического поля:
W=
;
C=
;
U=Ed
