Электростатика и постоянный ток

1. Электрический заряд и его свойства. Закон Кулона.

Электрический заряд — это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии.

Свойства зарядов:

1) его значение не зависит от выбора инерциальной системы отсчета.

2) алгебраическая сумма зарядов в изолированной системе остаётся постоянной.

3) заряд может быть как положительным, так и отрицательным.

4) разноименные заряды притягиваются, одноименные – отталкиваются.

Закон Кулона: сила взаимодействия между двумя точечными электрическими зарядами в однородной изотропной диэлектрической среде пропорциональна произведению величин зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

2. Электрическое поле. Напряженность электростатического поля.

Электростатическим полем называется частная форма электромагнитного поля, представляющая собой вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между неподвижными электрическими зарядами.

Графически электростатическое поле изображается с помощью линий вектора Е (силовых линий) и эквипотенциальных поверхностей. Силовой линией называется линия, касательная к которой в каждой её точке совпадает с вектором напряженности поля в этой точке.

Электрическое поле, окружающее заряженное тело, можно исследовать с помощью так называемого пробного заряда – небольшого по величине точечного заряда, который не производит заметного перераспределения исследуемых зарядов.

Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика – напряженность электрического поля.

Напряженность – основная характеристика электрического поля.

Напряженность – это векторная величина, численно равная силе, с которой это поле действует на единичный положительный (пробный) заряд, помещенный в исследуемую точку поля.

3. Потенциальная энергия взаимодействия. Работа электростатического поля. Потенциал.

Потенциальная энергия взаимодействия двух точечных зарядов находится по формуле: . Потенциальная энергия определяется как работа перемещения заряда силами поля из данной точки в бесконечно удаленную.

Работа электрического поля при перемещения точечного заряда из одной точки с в другую равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком. .

Потенциал – это скалярная величина, численно равная отношению потенциальной энергии электростатического поля в исследуемой точке, делённой на величину пробного заряда, помещенного в эту точку поля.

4. Связь напряженности электростатического поля и потенциала.

Напряжённость поля равна градиенту потенциала электростатического поля, взятому с обратным знаком.

Градиентом функции считается вектор, с компонентами производных этой функции по координатам. ; ; . Если функция скалярная, то grad становится вектором. Направление этого вектора совпадает с направлением наибольшего изменения функции в пространстве.

5. Потенциальные диаграммы. Поле заряженной плоскости.

Описание потенциальной диаграммы (тому, кто это читает: текст надо не переписать, а нарисовать): заряд распределён по поверхности заряженного металлического шара. Напряженность внутри шара равна нулю, на поверхности максимальна и по мере удаления от шара уменьшается по закону . Потенциал внутри и на поверхности шара имеет максимальное значение а по мере удаления от шара уменьшается по закону , где - расстояние от поверхности шара. - поверхностная плотность заряда.

Поле, создаваемое заряженной плоскостью однородно, и напряженность этого поля определяется по формуле или . Потенциал определяется по формуле при и при . - расстояние от заряженной плоскости. (будет лучше, если нарисовать графики напряженности и потенциала)