1. Взаємодія електричних зарядів. Закон Кулона.

Електричні заряди взаємодіють унаслідок наявності навколо них електричного поля. Електростатика – це теорія, яка вивчає взаємодію та умови рівноваги нерухомих електрично заряджених тіл, а також властивості цих тіл, зумовлені електричними зарядами.

Силу взаємодії двох точкових нерухомих електростатичних зарядів експериментально виміряв франц. вчений Ш.Кулон.

Основний закон електростатики (закон Кулона): сила взаємодії між двома точковими зарядами q₁ і q₂ прямо пропорційна до добутку цих зарядів, обернено пропорційна до квадрату відстані r між ними і напрямлена по прямій, що з’єднує ці звряди : F=k*( q₁*q₂ / r²), де k=1/4πε₀, ε_{0 –} електрична стала (ε₀= 8,85*10^-12 Ф/м ).

Отже, Закон Кулона: F= q₁*q₂ /4πε₀r².

2. Напруженість електричного поля. Принцип суперпозиції.

Силовою характеристикою дії електричного поля на заряди є векторна величина Е, яку називають напруженістю. Вона дорівнює відношенню сили F, що діє з боку поля на нерухомий точковий пробний електричний заряд (q₀), поміщений у точку поля, до величини цього заряду q₀.

= {В/м}.

Якщо напруженість у всіх точках однакова, то напруженість однорідна, у всіх інших випадках – неоднорідна.

Силова лінія – це лінія, дотична до якої в кожній точці збігається з напрямом вектора напруженості електричного поля. Силові лінії відходять від від позитивного заряду і напрямлені до негативного.

Принцип суперпозиції: напруженість Е електростатичного поля, створеного системою точкових зарядів у заданій точці поля, дорівнює геометричній сумі напруженостей поля Е_і всіх точкових зарядів у цій точці: Е=∑Е_і.

3. Теорема Остроградського-Гаусса. Вектор електричної індукції.

Потік напруженості, що пронизує замкнену поверхню, яка охоплює сукупність електричних зарядів, пропорційний до алгебраїчної суми охоплених зарядів: Ф_Е=1/ε₀ ∑q_i

Ве́ктор електри́чної інду́кції — кількісна характеристика електричного поля у суцільному середовищі.

Електрична індукція - вектор D, що дорівнює добутку напруженості електричного поля в діелектрику на його абсолютну діелектричну проникність. Електрична індукція вакууму . Одиницею вимірювання електричної індукції є (Кл/м2) Електрична індукція D постійна в усіх діелектриках. Тому електричне поле в неоднорідному діелектричному середовищі зручніше характеризувати не напруженістю Е, а індукцією D.

4. Потенціал електричного поля.

Потенціал – це енергетични характеристика електричного поля.

Потенціал електростатичного поля у заданій точці – це фізична величина, що чисельно дорівнює роботі, яку виконують сили цього поля для переміщення пробного одиничного заряду із заданої точки у нескінченність.

Або : потенціалом електоростатичного поля називають відношення потенціальної енергії взаємодії заряду з полем до значення цього заряду.

φ= А/q_{0 =} W_п/q₀

Одиниця вимірювання Джоуль на кулон {Дж/Кл} або вольт {В}.

Різниця потенціалів: φ₁- φ₂=U (напруга між двома очками електричного поля).

5. Енергія і густина енергії електричного поля.

6. Ємність.Конденсатори.

Електроємність провідників залежить від їхніх розмірів і форми. Для кожного із провідників відношення заряду q до потенціалу φ є величиною сталою і слугує важливою характеритикою провідника, яку називають електричною ємністю С: С=q/ φ=const

Електрична ємність провідника чисельно дорівнює зарядові ▲q, який необхідно надати провіднику для зміни його потенціалу ▲φ на одиницю:

▲φ=▲q/C

Одиниця вимірювання електроємності – фаради {Ф}.

Конденсатор – це система із двох металевих провідників (електродів), розміщених один поблизу одного і відокремлених тонким шаром діелектрика.

Різнойменні електроди конденсаторів називають обкладками.

Електороємність конденсатора: С=q/ φ₁-φ₂=q/U, де q – заряд однієї із об кладок, U – напруга між ними.

1. Ємність плоского конденсатора: С=εε₀*S/d, де ε – діелектрична проникність середовища між його обкладками, d-відстань між обкладками.

2. Ємність сферичного конденсатора: С=4πεε₀ R₁ R₂/ R₂-R₁, де R – радіуси його об кладок.

3. Ємність для циліндричного конденсатора: С=2πεε₀l/ (ln R₂/ R₁), де l – довжина обкладок, R – їх радіус.

7. Зв’язок між силовою і енергетичною характеристиками електричного поля.

8. Постійний електричний струм. Сила струму.

Електричний струм – це упорядкований рух електрично заряджених частинок, які називають носіями заряду.

Сила струму – це фізична величина, яка дорівнює відношенню заряду dq, що переноситься за час dt під час проходження електричного струму через поперечний переріз провідника.

Якщо сила струму та його напрям не змінюються в часі, то такий струм називають постійним: I=q/t.

9. Закон Ома для ділянки кола.

Сила струму в однорідному провіднику за постійної температури прямо пропорційна до напруги на кінцях провідника і обернено пропорційна до його опору: I=U/R, R=U/I.

Одиниця опору – оми {Ом}. 1 Ом – це опір такого провідника, в якому за напруги 1 В проходить стум 1А.

Закон Ома свідчить про лінійну залежність сили струму від напруги.

10. Закон Ома у диференціальній формі.

Опір є характеристикою провідника, а не матеріалу, й залежить від довжини та поперечного перерізу провідника.

Сили стуму:

I=j*S; I=U/R; R=ρl/S, U/I= ρl/S, I=US/ ρl.

Прирівнявши: j*S =U/R=US/ ρl; j=U/ρl.

j=γ*E, j-густина струму, γ=1/ρ – питома електропровідність, E – напруженість електричного поля у провіднику (E=U/l).

11. Електрорушійна сила джерела. Закон Ома для повного кола.

Електрорушійна сила є головною характеристикою джерела електричного струму. ЕРС чисельно дорівнює роботі, виконаній сторонніми силами для переміщення носіїв струму із сумарним одиничним зарядом по замкнутому електричному колу: ЕРС=А/q. Одиниця вимірювання – вольт {В}.

Закон Ома для повного кола: I=E/R+r, де Е- алгебраїчна сума ЕРС кола(ЕРС джерела дорівнює сумі спадів напруг у зовнішньому і внутрішньому середовищі: IR+Ir=E), R- зовнішній опір(підсумковий опір споживачів струму), r- внутрішній опір (загальний опір джерел стуму).