ДВНЗ «Криворізький національний університет»

Кафедра фізики

Практичні заняття

Модуль ІІІ

Електрика

Викладач: Бондурівська О.І.

Кривий Ріг

2015 р.

ОСНОВНІ ФІЗИЧНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ І ФОРМУЛИ, ЩО ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ ПРИ РОЗВЯЗУВАННІ ЗАДАЧ З ТЕМИ

«ЗАКОН КУЛОНА. НАПРУЖЕНІСТЬ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ»

Сила взаємодії двох точкових зарядів ( Закон Кулона):

- у вакуумі

- в середовищі

ε - діелектрична проникність середовища

= 9∙10⁹м/Ф де = 8,85∙10^-12 Ф/м – електрична стала.

Напруженість поля. Принцип суперпозиції.

Напруженість електричного поля в точці, яка лежить проти середини стержня довжиною 2 на відстані а від нього

, де

Напруженість електричного поля в точці, яка лежить проти середини тонкого нескінченно довгого стержня на відстані а від нього

Напруженість електричного поля на осі кільця в точках, розташованих від центра кільця на відстанях, рівних а = 0 і а = z

для а = 0 напруженість Е=0

для а = z

Потік вектора напруженості електростатичного поля через площадку S

Теорема Остроградського - Гауса для електростатичного поля у вакуумі

де

Повний потік вектора напруженості електростатичного поля через довільну замкнуту поверхню прямо пропорційний алгебраїчній сумі електричних зарядів всередині цієї поверхні.

Напруженість електростатичного поля рівномірно зарядженої нескінченної площини

Напруженість поля в точці , що лежить на осі тонкого диска радіусом R на відстані від нього

Електростатичне поле рівномірно зарядженої сферичної поверхні

Якщо > , то - електростатичне поле поза рівномірно зарядженою сферою таке саме (еквівалентне), як і поле точкового заряду, що дорівнює всьому зарядові сфери, вміщеному в центрі цієї сфери

Якщо ( точка знаходиться біля сфери дуже близько до її поверхні), то

Якщо < , то = 0.

Лінійна густина електричного заряду - величина заряду, що припадає на одиницю довжини тонкого стержня (нитки, дроту)

.

Поверхнева густина електричного заряду - величина заряду, що припадає на одиницю площини поверхні

.

ДВНЗ «Криворізький НАЦіОНАЛЬний університет»

Освітньо-кваліфікаційий рівень _бакалавр_

Напрям підготовки _______________________________________________

Спеціальність __ __________________________________Семестр _______

Навчальна дисципліна “ФІЗИКА”

Практичне заняття №1 (модуль 3)

Тема. Напруженість електростатичного поля

Структура практичного заняття Аудиторна робота

Задача 3.7 (Трофімова Т.І.)

Визначити напруженість електростатичного поля в точці, яка розташована вздовж прямої, що з'єднує заряди Q₁=10нКл і Q₂= - 8нКл та знаходиться на відстані r=8см від від'ємного заряду. Відстань між зарядами L=20см.

Визначити напруженість в точці, яка розташована перпендикулярно до прямої, що з'єднує заряди Q₁ і Q_2, проходить через Q₂ та знаходиться на відстані r₁=15см від нього.

Задача 1 (Чертов А.Г. )

Тонкий стержень довжиною L=30см несе рівномірно розподілений по довжині заряд з лінійною густиною τ=1мкКл/м. На відстані r₀=20см від стержня знаходиться заряд Q₁=10нКл, рівновіддалений від кінців стержня. Визначити силу F взаємодії точкового заряду зі стержнем.

Задача 3.4 (Несмашний Є.О.)

Довгий прямий тонкий дріт несе рівномірно розподілений заряд. Обчислити лінійну густину τ заряду, якщо напруженість по­ля на відстані r₀= 0,5 м від дроту проти її середини складає Е = 2 В/см.

Задача 3.45 (Несмашний Є.О.)

По тонкому кільцю радіусом R =20см розмірно розподілений заряд з лінійною густиною τ =0,2мкКл/м. Визначити напруженість електричного поля в точці, що знаходиться на осі кільця на відстані r₀=2R від його центра.

Задача 3.12 (Трофімова Т.І.)

Електростатичне поле створене двома нескінченними паралельними площинами у вакуумі з поверхневими густинами зарядів σ₁=0,8 мкКл/м² і σ₂=- 0,2 мкКл/м² . Визначити напруженість електростатичного поля: а) між площинами; б) за межами площин.

Розгляньте випадок, коли обидві площини заряджені позитивно.

Задача 3.10 (Трофімова Т.І.)

Електростатичне поле створене у вакуумі нескінченною площиною з поверхневою густиною заряду σ =1 мкКл/м². На деякій відстані від площини знаходиться плоска кругла площадка радіусом r = 10 см. Знайти потік вектора напруженості Φ_Е крізь цю площадку, якщо її площина складає з лініями напруженості кут β = 30⁰.

Задача 3.45 (Гаркуша)

У центрі куба міститься точковий заряд q. Чому дорівнює потік вектора напруженості Φ_Е крізь: а) повну поверхню куба; б) одну з його граней?

Самостійна робота

І варіант	ІІ варіант
Задача Точкові заряди q1 = 30 мкКл і q2 = - 20 мкКл знаходяться на відстані d = 20 см один від одного. Визначити напруженість еле­ктричного поля Е в точці, що знаходиться на відстані r1 = 30 см від першого заряду, і на відстані r2 = 15 см від другого.	Задача Два точкових заряди q1 = 7,5 нКл і q2 = - 14,7 нКл розташовані на відстані 5 см. Знайти напруженість електричного поля в точ­ці, що знаходиться на відстанях 3 см від позитивного заряду і 4 см від негативного заряду.

Домашнє завдання

І варіант	ІІ варіант
3.3, 3.11, 3.37 (Несмашний Є.О.)	3.14, 3.19, 3.42 (Несмашний Є.О.)

Тема наступного заняття «Потенціал. Робота по переміщенню електричних зарядів»

Рекомендована література:

	Несмашний Є.О. Класична електродинаміка. – Кривий Ріг: Мінерал, 2005.
	Савельев И.В. Курс физики. Т.2. Электричество. Колебания и волны. Волновая оптика.-М.:Наука,1989.
	ТрофимоваТ.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов.— 7-е изд., стер.— М.: Высш. шк., 2001. Гаркуша І.П., Певзнер М.Ш., Курінний В.П. Збірник задач з фізики. – Київ: „Вища школа”, 2003 Трофимова Т.И., Павлова З.Г. Сборник задач по курсу физики с решениями: Учеб. пособие для вузов.— М.: Высш. шк., 1999.
	Чертов А. Г., Воробьев А. А. Задачник по физике: Учеб. пособие для студентов втузов.— 5-е изд., перераб. и доп.— М.: Высш. шк., 1988.

ОСНОВНІ ФІЗИЧНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ І ФОРМУЛИ, ЩО ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ ПРИ РОЗВЯЗУВАННІ ЗАДАЧ З ТЕМИ

«Потенціал. Робота по переміщенню електричних зарядів»

Потенціал у даній точці поля

де - робота по переміщенню пробного заряду із нескінченності у дану точку поля.

Потенціал поля, створеного точковим зарядом q на відстані r від заряду,

.

Потенціал поля, що створюються системою точкових зарядів

де - потенціал у даній точці поля, що створюються -м зарядом.

Зв’язок між напруженістю та потенціалом поля:

.

Звідки різниця потенціалів двох точок поля дорівнює

.

Для однорідного поля (поля плоского конденсатора) напруженість

,

де U — різниця потенціалів між пластинами конденсатора; d — відстань між ними.

Потенціальна енергія точкового заряду q₀, який знаходиться в електричному полі

Робота сил поля по переміщенню заряду з точки 1 в точку 2 поля

,

де , - потенціали в точках 1 та 2.

Якщо заряд рівномірно розподілений уздовж лінії з лінійною густиною , то на лінії виділяється мала ділянка довжиною із зарядом Такий заряд можна розглядати як точковий і використовувати формулу .

Звідки потенціал поля, що створюється розподіленим зарядом:

Інтегрування проводиться уздовж усієї довжини зарядженої лінії

ДВНЗ «Криворізький НАЦіОНАЛЬний університет»

Освітньо-кваліфікаційий рівень _бакалавр_

Напрям підготовки _______________________________________________

Спеціальність __ __________________________________Семестр _______

Навчальна дисципліна “ФІЗИКА”