1. Электрическое поле, его основные свойства.

ЭП – особый вид материи, не воспринимаемый органами чувств человека и образующийся вокруг электрически заряженных тел/частиц. Основное свойство: силовое воздействие как на движущиеся, так и на неподвижные электрические заряды.

2. Электростатическое поле и его характеристики.

ЭстП – ЭП, характеристики которого не изменяются с течением времени. (источником ЭстП являются неподвижные эл. заряды) Характеристики: 1. Напряженность ЭП Е ( - вектор далее) – силовая характеристика, которая определяет силу, действующую на заряд q в данной точке ЭП со стороны этого поля

Е=Fэп/q В/м; Н/Кл

2. Потенциал  - энергетическая характеристика, определяющую потенциальную энергию произвольного точечного заряда q в данной точке ЭстП

=П/q Дж/Кл; В

3. Графическое изображение электростатического поля: с помощью силовых линий и эквипотенциалей

С иловой линией СЛ называется линия, касательная в каждой точке которой совпадает с направлением вектора Е в этой точке

Принять, что СЛ начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных; СЛ нигде не пересекаются.

Однородным ЭП называется ЭстП, в каждой точке которой вектор Е имеет одну и ту же величину и направление.

Эквипотенциалью называется геометрическое место точек с одинаковым потенциалом.

С Л всегда перпендикулярны Эквип. СЛ и Эквип для поля точечного заряда:

4. Точечный электрический заряд

Точечным называется заряд, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь. 1. Напряженность ; 2. Потенциал

5. Закон Кулона

Позволяет определить силу электростатического взаимодействия двух точечных зарядов

; , вакуум и воздух

6. Принцип суперпозиции для электростатических полей

Позволяет определить E и системы точечных зарядов

Напряженность поля системы зарядов равна векторной сумме напряженности полей, которые создавал бы каждый из зарядов системы в отдельности. Ерез=Е1+Е2+Еi=Еi; рез=1+2+i=i

7. Потенциальная энергия электростатического взаимодействия двух точечных зарядов, системы точечных зарядов.

- 2 точечных зарядов

- системы точечных зарядов. - потенциал в точке, где находился заряд qi, создаваемый всеми зарядами системы, кроме . Находится по принципу суперпозиции.

8. Работа электростатического поля по перемещению точечного заряда.

А=Fэп S cos α; A=-(П2-П1); А=q(1-2)

Работа, совершаемая силой F при перемещении заряда q0 на отрезок dl:

dA=Fdlcos(F, dl)= q0E cos(F, dl) dl

В случае конечного перемещения заряда q0 из точки а в точку в

, Edl - скалярное произведение векторов.

9. Циркуляция вектора Е электростатического поля

работа по перемещению заряда q0 из точки 1 в точку 2

. Из этого следует, что работа, совершаемая при перемещении электрического заряда по любому замкнутому пути L, равна 0, т.е. . Если в качестве заряда, переносимого в электростатическом поле, взять единичный точечный положительный заряд, то элементарная работа сил поля на пути dl равна Е dl = El dl, где El = Ecosa — проекция вектора Е на направление элементарного перемещения. Тогда формулу можно записать в виде .(1) Этот интеграл называется циркуляцией вектора напряженности. Следовательно, циркуляция вектора напряженности электростатического поля вдоль любого замкнутого контура равна нулю. Силовое поле, обладающее свойством (1) , называется потенциальным. Из обращения в нуль циркуляции вектора Е следует, что линии напряженности электростатического поля не могут быть замкнутыми, они начинаются и кончаются на зарядах (соответственно на положительных или отрицательных) или же уходят в бесконечность.

10. Поток вектора Е

Элементарным потоком вектора Е называется величина, равная . [Ф]=В*м – поток вектора Е. Е – напряженность ЭП, n - единичный вектор нормали; dS=dS*n - вектор элемент. площади поверхности; dS – величина площади поверхности

В общем случае

11. Теорема Гаусса для электростатического поля неподвижных зарядов в вакууме

Поток вектора напряженности Е ЭстП в вакууме через произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме электрических зарядов, расположенных внутри этой поверхности, делённой на электрическую постоянную 0:

Физический смысл – источником ЭстП являются неподвижные электрические заряды

12. Напряженность и потенциал неподвижного точечного заряда, равномерно заряженного бесконечно длинного цилиндра (тонкой нити), равномерно заряженной бесконечной плоскости, поле двух бесконечных параллельных разноименно заряженных плоскостей с одинаковой поверхностной плотностью заряда, поле равномерно заряженной проводящей сферы.

Точечный заряд:

Разность потенциалов между точками, лежащих на расстоянии х1 и х2 от плоскости:

13. Электрический диполь

Электрическим диполем называется система из двух одинаковых по величине, но противоположных по знаку точечных зарядов, расположенных на некотором расстоянии l друг от друга

14. Плечо диполя

Плечом диполя l называется направленный отрезок, проведенный от отрицательного заряда диполя к положительному вдоль его оси.

15. Дипольный момент

Электрическим дипольным моментом р называется величина, равная произведению положительного заряда диполя на его плечо р=ql

16. Напряженность и потенциал точечного диполя

ЭП диполя отличается от ЭП точечного заряда и определяется по принципу суперпозиции

;

17. Проводники и диэлектрики

Проводниками называют вещества, которые хорошо проводят электрический ток (металлы, электролиты, концентрированные газы). Проводимость объясняет наличие в веществе большого количества свободных носителей тока.

Диэлектрики – вещества, которые не проводят электрический ток (стекло, резина). Объясняется тем, что в веществе нет свободных носителей тока

18. Виды диэлектриков

1. 1) Неорганические: стекла, слюда, керамика, неорганические пленки, металлофосфаты. Особенности неорганических диэлектриков - негорючи, как правило, свето-, озоно- термостойки, имеют сложную технологию изготовления. Старение на переменном напряжении практически отсутствует, склонны к старению на постоянном напряжении.

2) Органические: полимеры, воски, лаки, резины, бумаги, лакоткани. Особенности органических диэлектриков - горючи (в основном), малостойки к атмосферным и эксплуатационным воздействиям, имеют (в основном) простую технологию изготовления, как правило, более дешевы по сравнению с неорганическими диэлектриками. Старение на постоянном напряжении практически отсутствует, на переменном напряжении стареют за счет частичных разрядов, дендритов и водных триингов.

II. Упругий, жесткий

III. 1) С неполярными молекулами, симметричные молекулы которых в отсутствии внешнего поля имеют дипольный момент (водород, азот)

2) С полярными молекулами, молекулы которых вследствие асимметрии имеют ненулевой дипольный момент (вода, аммиак)

3) Ионные диэлектрики (NaCl, KCl). Ионные кристаллы представляют собой пространственные решетки с правильным чередованием ионов различных знаков.