53) Работа Работа по перемещению заряда в электрическом поле.

Определим работу перемещения точечного «+» заряда q из т.О в т.n, которое совершается силой эл.поля, заряда Q:

A=q(Q/4πε₀r – Q/4πε₀r₀) [Дж].

Потенциал электрического поля.

Wп= - qQ/4πε₀r – потенциальная энергия эл.поля эл.заряда.

«-» показывает, что по мере перемещения эл.заряда, потенциальная энергия убывает, переходя в работу по перемещению.

Потенциал эл.поля – отношение потенциальной энергии к величине эл.заряда или φ=Q/4πε₀r [1B] или

Работа A= - q(φ₀- φ_n) где φ₀- φ_n – разность потенциалов.

Эквипотенциальные поверхности – поверхности, во всех точках которых потенциал одинаков.

Связь между напряженностью и потенциалом:

Пусть q переносится силами эл.поля из эквипотенциальной поверхности потенциалом φ₀ на эквипотенциальную поверхность φ_n. Т. к. Δх мало, то можно считать, что напряжение поля Е является постоянной. Определим работу ΔА=FΔx=qEΔx, ΔA= - (φ₀- φ_n). Сравним эти два выражения и получим: +qE-qΔφ или E=-ΔφΔx или E= - gradφ.

Вывод: эл.поле характеризуется 2 величинами: 1) силовой хар-кой – напряженностью Е; 2) энергетической хар-кой – потенциалом φ. Они связаны между собой.

54) Проводники в электрическом поле.

Проводники – тела, в которых электрические заряды могут свободно перемещаться.

Под действием поля свободные электроны проводника начнут перемещаться против поля. Следовательно, левая часть проводника зарядится отрицательно, а правая положительно, так как в правой части будет недостаток электронов. Это явление называется электростатическая индукция.

Индуцированные заряды создадут внутри проводника свое собственное поле и в результате напряженность поля внутри проводника станет равна нулю. А отсутсвие поля внутри проводника говорит о том, что все точки проводника имеют одинаковый потенциал. Эта поверхность эквипотенциальна. На этом свойстве проводника основана экранизация или электростатическая защита. По мере возрастания заряда проводника, возрастает и его потенциал. Но q/φ=const, следовательно оно может служить характеристикой заряженности проводника C=dq/dφ – электроемкость проводника [Ф].

Электроемкость проводника численно равна заряду изменяющему потенциал проводника на 1.

Работа по зарядке проводника.

Для зарядки проводника совершим работу против кулоновских сил отталкивания между одноименными зарядами dA=dq(φ₀-φ) где φ₀ – потенциал проводника до заряда.

Далее dA= - dqφ, учтем что dq=cdφ, отсюда dA= - cφdφ, A= -1/2*cφ². Отсюда A=- cφ²/2 [Дж]. При разрядке проводник может сам выполнять работу .

W=cφ²/2 [Дж] – энергия заряженного проводника.

55) Диполь в электрическом поле.

Электрический диполь — идеализированная электронейтральная система, состоящая из точечных и равных по абсолютной величине положительного и отрицательного электрических зарядов.

Другими словами, электрический диполь представляет из себя совокупность двух равных по абсолютной величине разноимённых точечных зарядов, находящихся на некотором расстоянии друг от друга.

Произведение вектора l, проведённого от отрицательного заряда к положительному, на абсолютную величину зарядовq , называется дипольным моментом:p=lq.

Во внешнем электрическом поле E на диполь действует момент сил Ep который стремится повернуть его так, чтобы дипольный момент развернулся вдоль направления поля.

Потенциальная энергия диполя в электрическом поле: Ер.

Вдали от диполя напряжённость его электрического поля убывает с расстоянием R как 1 / R3, то есть быстрее, чем у точечного заряда.

Диэлектрики в электрическом поле.

Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее или совсем не проводящее электрический ток.

В идеальном теле нет свободных электронов, то есть его молекула представляет собой диполь. Но на опыте – диэлектрик под действием эл.поля поляризуется. После снятия действия поляризация исчезает, но есть некоторые диэлектрики (сегнетова соль, титонат бария), в которых поляризация сохраняется после снятия поля – сегнетоэлектрики.

Есть такие диэлектрики (кварц, турмалин), которые поляризуются без поля, а с помощью механической деформации – пьезоэлектрики. Еще одна группа диэлектриков поляризуется под действием температуры (сернокислый иридий) – пироэлектрики.