0

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ЮгоЗападный государственный университет»

ФИЗИКА

Конспект лекций

«Электромагнитные явления»

для студентов инженерно-технических специальностей

2011

Лекция №1

(Введение. Электрический заряд и его свойства. Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей. Поток вектора напряженности электростатического поля. Теорема Остроградского-Гаусса для электрического поля в вакууме. Работа электрического поля по перемещению электрического заряда. Циркуляция вектора напряженности электрического поля.. Потенциал и разность потенциалов электрического поля. Напряженность электрического поля как градиент его потенциала.

Эквипотенциальные поверхности..)

Введение

Среди всех известных видов взаимодействия электромагнитное взаимодействие занимает первое место по широте и разнообразию проявлений. Это связано с тем, что все тела построены из электрически заряженных (положительных и отрицательных) частиц, электромагнитное взаимодействие между которыми, с одной стороны на много порядков интенсивнее гравитационного и слабого, а с другой – является дальнодействующим в отличие от сильного взаимодействия.

Электромагнитным взаимодействием определяется строение атомных оболочек, сцепление атомов в молекулы (силы химической связи) и образование конденсированного вещества (межатомное взаимодействие, межмолекулярное взаимодействие).

1. Электростатическое поле в вакууме

0. Электрический заряд и его свойства. Закон Кулона

Известно, что в природе существуют два вида электрических зарядов: положительные и отрицательные. Они могут существовать в виде элементарных частиц: электронов, протонов, позитронов, положительных и отрицательных ионов и др., а также "свободного электричества", но только в виде электронов.

Электрический заряд q характеризует способность тел или частиц к электромагнитным взаимодействиям.

q = Кл = Ас. (1Кл – это электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1А за время 1с.)

Свойства электрического заряда:

- Существует в двух видах - положительный и отрицательный. Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые – притягиваются.

- Электрический заряд дискретен, т.е заряд любого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда е = 1,610^-19Кл.

- Электрический заряд инвариантен – его величина не зависит от выбора системы отсчёта (т.е не зависит от того, движется заряд или покоится).

- Электрический заряд аддитивен – т.е. заряд любой системы тел (или системы частиц) равен сумме зарядов тел (частиц), входящих в систему.

- Электрический заряд подчиняется закону сохранения заряда:

В замкнутой системе алгебраическая сумма электрических зарядов остается величиной постоянной: (1.1)

Заряд, сосредоточенный на теле, линейные размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, с которыми он взаимодействует, называется точечным зарядом.

Взаимодействие точечных зарядов описывает закон Кулона:

Сила взаимодействия двух точечных зарядов пропорциональна величине каждого из зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

, (1.2)

где ₀ = 8,8510^-12 Ф/м – электрическая постоянная;

q₁, q₂ – величины взаимодействующих зарядов;

r – расстояние между зарядами;

r₀ – единичный вектор, показывающий направление силы.

Кулоновская сила направлена вдоль прямой, соединяющей взаимодействующие заряды, т.е является центральной.

В случае одноименных зарядов сила (сила отталкивания) положительна, разноименных (сила притяжения) – отрицательна (рис. 1.1).

Если взаимодействующие заряды находятся в однородной и изотропной среде, то Кулоновская сила:

, (1.2^/)

где  - диэлектрическая проницаемость среды, которая показывает во сколько раз сила взаимодействия между зарядами в данной среде меньше их силы взаимодействия в вакууме.