- •1. Электрическое поле и его характеристики.
- •1.1. Описание и свойства зарядов. Закон сохранения зарядов.
- •1.2. Закон Кулона.
- •1.3. Напряженность электрического поля.
- •1.4. Принцип суперпозиции полей.
- •1.5. Электрический диполь.
- •1.6. Поток вектора напряженности. Электростатическая теорема Гаусса. Теорема Ирншоу.
- •1.7. Применение теоремы Гаусса к расчету электростатических полей.
- •1.8. Работа электростатических сил.
- •1.9. Потенциал и его связь с напряженностью электростатического поля.
- •2. Диэлектрики в электрическом поле.
- •2.1.Электрическое поле в веществе. Диэлектрики. Поляризация диэлектриков. Вектор поляризации. Диэлектрическая восприимчивость вещества. Диэлектрическая проницаемость вещества. Поляризуемость.
- •2.2. Теорема Гаусса для диэлектриков. Условия на границе раздела двух изотропных диэлектриков.
- •2.3. Сегнетоэлектрики.
- •3. Проводники в электрическом поле.
- •3.1. Поле внутри проводника и его поверхности.
- •3.2. Электроемкость проводников и конденсаторов.
- •3 .3. Емкость при параллельном и последовательном соединении конденсаторов.
- •3.4. Энергия заряженного уединенного проводника, конденсатора и системы точечных зарядов.
- •3.5. Энергия электростатического поля.
- •4. Постоянный электрический ток.
- •4.1. Характеристики электрического тока. Условие существования тока проводимости.
- •4.2. Электродвижущая сила. Напряжение. Разность потенциалов.
- •4.2. Законы постоянного тока.
|
Электричество и магнетизм. |
|
3.1. |
Электрическое поле и его характеристики. |
|
3.1.1. |
Описание и свойства зарядов. Закон сохранения зарядов. |
|
3.1.2. |
Закон Кулона. |
|
3.1.3. |
Напряженность электрического поля. |
|
3.1.4. |
Принцип суперпозиции электростатических полей. |
|
3.1.5. |
Электрический диполь. |
|
3.1.6. |
Поток вектора напряженности. Электростатическая теорема Гаусса Теорема Ирншоу. |
|
3.1.7. |
Применение теоремы Гаусса к расчету электростатических полей. |
|
3.1.8. |
Работа электростатических сил. |
|
3.1.9. |
Потенциал и его связь с напряженностью электростатического поля. |
|
3.2. |
Диэлектрики в электрическом поле. |
|
3.2.1. |
Электрическое поле в веществе. |
|
3.2.2. |
Поляризация диэлектриков. |
|
3.2.3. |
Вектор поляризации. |
|
3.2.4. |
Теорема Гаусса для диэлектриков. |
|
3.2.5. |
Поляризуемость, диэлектрическая восприимчивость, диэлектрическая проницаемость. |
|
3.2.6. |
Диэлектрическая восприимчивость полярных газо-обрезных диэлектриков и ее зависимость от температуры. |
|
3.2.7. |
Условия на границе раздела двух изотропных диэлектриков. |
|
3.2.8. |
Вычисление напряженности поля в диэлектрике. |
|
3.2.9. |
Сегнетоэлектрики. |
|
3.3. |
Проводники в электрическом поле. |
|
3.3.1. |
Поле внутри проводника и его поверхности. |
|
3.2.2. |
Электроемкость проводников и конденсаторов. |
|
3.3.3. |
Емкость при параллельном и последовательном соединении конденсаторов. |
|
3.3.4. |
Энергия заряженных уединенного проводника, конденсатора и системы точечных зарядов. |
|
3.3.5. |
Энергия электростатического поля. |
|
3.4. |
Постоянный электрический ток. |
|
3.4.1. |
Характеристики электрического тока. |
|
3.4.2. |
Закон сохранения электрического заряда. |
|
3.4.3. |
Условие существования тока проводимости. |
|
3.4.4. |
Электродвижущая сила, напряжение, разность потенциалов. |
|
3.4.5. |
Законы постоянного тока. |
|
3.5. |
Классическая электронная теория проводимости металлов |
Самостоятельное изучение |
3.5.1. |
Основные положения теории. |
|
3.5.2. |
Теоретическое обоснование законов Ома, Джоуля-Ленца, Видемана-Франца |
|
3.5.3. |
Затруднения теории. |
|
3.6. |
Электрический ток в газах. |
|
3.6.1. |
Ионизация и рекомбинация. |
|
3.6.2. |
Несамостоятельная проводимость газов. |
|
3.6.3. |
Виды самостоятельных разрядов. |
|
3.6.4. |
Плазма. |
|
3.7. |
Термоэлектронная эмиссия. |
|
3.7.1. |
Работа выхода электрона из металла. Ток насыщения. |
|
3.7.2. |
Закономерности термоэлектронной эмиссии. |
|
3.7.3. |
Вторичная и автоэлектронная эмиссия. |
1. Электрическое поле и его характеристики.
1.1. Описание и свойства зарядов. Закон сохранения зарядов.
Электростатика — раздел электродинамики, изучающий свойства неподвижных электрических зарядов.
Электрические
заряды
—
источники электромагнитного поля,
связанные с материальным носителем.
Другими словами, вся
совокупность электрических и магнитных
явлений есть проявление
существования, движения и взаимодействия
электрических
зарядов как количественной характеристики
нового состояния
вещества. Существуют заряды двух видов
— положительные (носитель элементарного
положительного заряда – протон массой
кг)
и отрицательные (носитель элементарного
отрицательного заряда – электрон массой
кг).
Разноименные заряды притягиваются,
одноименные — отталкиваются. Силы
взаимодействия неподвижных тел или
частиц, обусловленные электрическими
зарядами этих тел или частиц, называются
электростатическими
силами.
Точечный заряд — заряд, находящийся на теле, имеющем размеры во много раз меньше расстояния до другого наэлектризованного тела, взаимодействие с которым исследуется. Другими словами, точечным зарядом называется заряженное тело, размеры и форма которого несущественны в данной задаче.
В системе СИ за единицу измерения заряда принят 1 кулон (Кл).
Существует
элементарный электрический заряд —
заряд электрона, равный
=1,6·10-19Кл.
Заряды дискретны,
т.е. полный электрический заряд любого
тела кратен элементарному:
,
где
- целое число. Элементарным электрическим
зарядом обладают все заряженные
элементарные частицы. Заряды элементарных
частиц различаются
лишь знаками. Отделить часть заряда,
например, у электрона
невозможно.
Заряды инвариантны, т.е. величина заряда не изменяется при переходе из одной системы отсчета в другую.
Электрический заряд аддитивен, т.е. заряд любой системы тел (частиц) равен сумме зарядов тел (частиц), входящих в систему.
Объемной
плотностью заряда называется величина
,
где
- заряд, заключенный в объеме
.
Поверхностной
плотностью заряда называется величина
,
где
- заряд, находящийся на элементе
поверхности dS.
Линейной
плотностью заряда называется величина
,
где
- заряд, находящийся на отрезке
цилиндрического тела, имеющем длину
.
Закон
сохранения электрического заряда: в
замкнутой
системе
алгебраическая сумма зарядов всех
частиц остается неизменной:
.
Под замкнутой системой подразумевается система, которая не обменивается зарядами с окружающим пространством.
Алгебраическая сумма электрических зарядов тел или частиц, образующих электрически изолированную систему, остается постоянной при любых процессах, происходящих в этой системе.
Закон сохранения электрического заряда является одним из фундаментальных законов природы.
1.2. Закон Кулона.
Взаимодействие заряженных тел называется электромагнитным. Сила взаимодействия заряженных тел зависит от свойств среды между заряженными телами. Интенсивность взаимодействия определяется электрическими зарядами тел. Одноименно заряженные тела отталкиваются, разноименно заряженные — притягиваются.
Закон
Кулона:
сила взаимодействия двух точечных
неподвижных
заряженных тел в вакууме прямо
пропорциональна произведению модулей
зарядов и обратно пропорциональна
квадрату
расстояния между ними:
или в скалярной форме
,
где
- диэлектрическая проницаемость среды,
в которой находятся электрические
заряды,
Кл/Н·м2
— электрическая постоянная. Силы
взаимодействия зарядов
направлены вдоль прямой, соединяющей
эти заряды.
Принцип
суперпозиции:
сила
электрического взаимодействия данного
заряда с системой точечных зарядов есть
векторная сумма
сил электрического взаимодействия
этого заряда с каждым
из зарядов системы:
.
