Поток вектора напряжённости электрического поля через поверхность.

Итак, на примерах мы показали, что, если силовые линии однородного электрического поля напряжённостью пронизывают некоторую площадку S, то поток вектора напряжённости (раньше мы называли число силовых линий через площадку) будет определяться формулой:

где E_n – произведение вектора на нормаль к данной площадке (рис. 2.5).

Рис. 2.5

       Полное число силовых линий, проходящих через поверхность S называется потоком вектора напряжённости Ф_Е через эту поверхность. В векторной форме можно записать – скалярное произведение двух векторов, где вектор .   Таким образом, поток вектора есть скаляр, который в зависимости от величины угла α может быть как положительным, так и отрицательным.

Циркуляция вектора напряжённости электрического поля по заданному контуру.

Циркуляцией вектора напряжённости называется работа, которую совершают электрические силы при перемещении единичного положительного заряда по замкнутому пути L

(13.18)

Так как работа сил электростатического поля по замкнутому контуру равна нулю (работа сил потенциального поля), следовательно, циркуляция напряжённости электростатического поля по замкнутому контуру равна нулю.

Единица измерения потенциала электрического поля.

Потенциал электростатического поля — скалярная величина, равная отношению потен­циальной энергии заряда в поле к этому заряду:   - энергетическая характеристика поля в данной точке. Потенциал не зависит от величины заряда, помещённого в это поле.

Потенциал численно равен работе поля по перемещению единичного положительного заряда из данной точки электрического поля в бесконечность.

В СИ потенциал измеряется в вольтах:  в Международной системе единиц (СИ) единица измерения электрического потенциала, разности потенциалов, электрического напряжения и электродвижущей силы.

Определение поляризованность диэлектрика.

Диэлектрик, помещённый во внешнее электрическое поле, поляризуется под действием этого поля. Поляризацией диэлектрика называется процесс приобретения им отличного от нуля макроскопического дипольного момента. Степень поляризации диэлектрика характеризуется векторной величиной, которая называется поляризованостью или вектором поляризации (P). Поляризованность определяется как электрический момент единицы объёма диэлектрика

,

где N - число молекул в объёме . Поляризованность P часто называют поляризацией, понимая под этим количественную меру этого процесса.

Связь между векторами электрического смещения и напряжённостью электрического поля.

В изотропной среде векторы электрического смещения D и напряжённости поля E совпадают ПО направлению и между ними существует простая связь: , где – скалярная величина.

Определение единицы измерения электроёмкости.

Электрическая ёмкость — характеристика проводника, мера его способности накапливать электрический заряд. В теории электрических цепей ёмкостью называют взаимную ёмкость между двумя проводниками; параметр ёмкостного элемента электрической схемы, представленного в виде двухполюсника. Такая ёмкость определяется как отношение величины электрического заряда к разности потенциалов между этими проводниками^[1].

В Международной системе единиц (СИ) ёмкость измеряется в фарадах, в системе СГС — в сантиметрах. 1 фарад равен ёмкости конденсатора, при которой заряд 1 кулон создаёт между его обкладками напряжение 1 вольт:

1 Ф = 1 Кл / 1 В.

Электродвижущая сила источника тока.

ЭДС — энергетическая характеристика источника. Это физическая величина, равная отношению работы, совершенной сторонни­ми силами при перемещении электрического заряда по замкнутой цепи, к этому заряду: Измеряется в вольтах (В).

Напряжение на участке электрической цепи.

Под, напряжением на некотором участке электрической цепи понимают разность потенциалов между крайними точками этого участка.

На рис. 2.5 изображён участок цепи, крайние точки которого обозначены буквами а и b. Пусть ток I течет от точки а к точке b (от более высокого потенциала к более низкому). Следовательно, потенциал точки а(φ_a) выше потенциала точки b(φ_b) на значение, равное произведению тока I на сопротивление R: φ_a = φ_b + IR.

В соответствии с определением напряжение между точками а и b U_ab = φ_a - φ_b.

Cледовательно, U_ab = IR, т. е. напряжение на сопротивлении равно произведению тока, протекающего по сопротивлению, на значение этого сопротивления.

Единица измерения плотности электрического тока.

Плотность тока, векторная характеристика тока, равная по модулю электрическому заряду, проходящему за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению упорядоченного движения заряженных частиц.

При равномерном распределении плотности электрического тока по сечению проводника плотность тока j будет равна отношению силы тока I в нем к площади его поперечного сечения S:

j = I/ S

Плотность тока характеризует силу тока, проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока

Единицей измерения плотности тока является А/м².

Единица измерения удельного сопротивления проводника

УДЕЛЬНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ (обозначение r), электрическое свойство материалов. Его величина вычисляется по формуле r=AR/l, где А - плотность поперечного сечения ПРОВОДНИКА, l - его длина, a R - его СОПРОТИВЛЕНИЕ в ОМАХ. С повышением температуры ПРОВОДНИКА его удельное сопротивление также растет. Единица измерения удельного сопротивления в СИСТЕМЕ СИ - ом/метр.

Связь между удельной проводимостью и удельным сопротивлением проводника.

Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной проводимостью (удельной электропроводностью). Проводимость. Всякий проводник можно характеризовать не только его сопротивлением, но и так называемой проводимостью — способностью проводить электрический ток. Проводимость есть величина, обратная сопротивлению. Единица проводимости называется сименсом (См). 1 См равен 1/1 Ом. Проводимость обозначают буквой G (g). Следовательно,

G = 1 / R (4)

Удельное электрическое сопротивление и проводимость. Атомы разных веществ оказывают прохождению электрического тока неодинаковое сопротивление. О способности отдельных веществ проводить электрический ток можно судить по их удельному электрическому сопротивлению р. За величину, характеризующую удельное сопротивление, обычно принимают сопротивление куба с ребром 1 м. Удельное электрическое сопротивление измеряют в Ом*м. Для суждения об электропроводности материалов пользуются также понятием удельная электрическая проводимость ?=1/?. Удельная электрическая проводимость измеряется в сименсах на метр (См/м) (проводимость куба с ребром 1м). Часто удельное электрическое сопротивление выражают в ом-сантиметрах (Ом*см), а удельную электрическую проводимость — в сименсах на сантиметр (См/см). При этом 1 Ом*см = 10^-2 Ом*м, а 1 См/см = 10² См/м.

Изобразить силовые линии напряжённости и эквипотенциальные поверхности электрического поля положительного точечного заряда. Указать направление векторов напряжённости и градиента потенциала этого поля.

Изобразить силовые линии напряжённости и эквипотенциальные поверхности электрического поля отрицательного точечного заряда. Указать направление векторов напряжённости и градиента потенциала этого поля.

Изобразить силовые линии напряжённости и эквипотенциальные поверхности электрического поля положительно заряженной металлической сферы. Указать направление векторов напряжённости и градиента потенциала этого поля.

Изобразить силовые линии напряжённости и эквипотенциальные поверхности электрического поля отрицательно заряженной металлической сферы. Указать направление векторов напряжённости и градиента потенциала этого поля.

Изобразить силовые линии напряжённости и эквипотенциальные поверхности электрического поля бесконечной положительно заряженной плоскости. Указать направление векторов напряжённости и градиента потенциала этого поля.

Изобразить силовые линии напряжённости и эквипотенциальные поверхности электрического поля двух параллельных положительно заряженных плоскостей с одинаковой поверхностной плотностью заряда. Указать направление векторов напряжённости и градиента потенциала этого поля.

Изобразить силовые линии напряжённости и эквипотенциальные поверхности электрического поля заряженного плоского конденсатора. Указать направление векторов напряжённости и градиента потенциала этого поля.

Как ведет себя свободный электрический диполь (полярная молекула) в однородном электростатическом поле? Чему равен вращающий момент, действующий на электрический диполь в электрическом поле?

Какой физической величиной описывается степень поляризации диэлектрика? Дать определение этой физической величины.

Степень поляризации диэлектрика характеризуется векторной величиной, называемой поляризованностью, которая определяется как дипольный момент единицы объема диэлектрика. Для определения степени поляризации в точке необходимо ΔV устремить к нулю. Вектор направлен вдоль электрического поля , в котором находится диэлектрик. Для не слишком сильных полей можно принять, что величина вектора поляризации пропорциональна величине напряженности поля, т.е. Р~Е

В системе СИ вектор поляризации

(14.1)

где - называется диэлектрической восприимчивостью вещества и зависит от его строения

Как изменится ёмкость плоского воздушного конденсатора, если расстояние между пластинами увеличить вдвое?

C	емкость плоского конденсатора,	фарад
S	площадь пластин конденсатора,	метр2
d	расстояние между пластинами,	метр
ε0	электрическая постоянная,	Фарад/метр
ε	относительная диэлектрическая проницаемость,

С = E * E₀ * S / d

Привести формулы для энергии электростатического поля, энергии системы точечных электрических зарядов, энергии заряженного проводника (расположенных в вакууме)?

Энергия электростатического поля - это энергия системы неподвижных точечных зарядов, энергия уединённого заряженного проводника и энергия заряженного конденсатора.

Энергия электростатического поля системы точечных зарядов равна:

Что такое обьёмная плотность энергии электростатического поля и как выражается данная величина?

Это физическая величина, численно равная отношению потенциальной энергии поля, заключенной в элементе объема, к этому объему. Для однородного поля объемная плотность энергии равна . Для плоского конденсатора, объем которого Sd, где S - площадь пластин, d - расстояние между пластинами, имеем

С учетом, что и

(16.4)

или

(16.5)

Какую величину называют ЭДС источника тока? Что такое «сторонние» силы? Примеры «сторонних» сил.

Электродвижущей силой (ЭДС) источника тока называют работу, которая требуется для перемещения единичного заряда между его полюсами. Здесь – ЭДС, – работа сторонних сил, – величина заряда.

Единица измерения напряжения – В (вольт).

ЭДС – скалярная величина. В замкнутом контуре ЭДС равна работе сил по перемещению аналогичного заряда по всему контуру. При этом ток в контуре и внутри источника тока будут течь в противоположных направлениях. Внешняя работа, которая создаёт ЭДС, должна быть не электрического происхождения (сила Лоренца, электромагнитная индукция, центробежная сила, сила, возникающая в ходе химических реакций). Эта работа нужна для преодоления сил отталкивания носителей тока внутри источника.

Если в цепи идёт ток, то ЭДС равна сумме падений напряжений во всей цепи.

Перемещение заряда на этих участках возможно лишь с помощью сил неэлектрического происхождения (сторонних сил): химические процессы, диффузия носителей заряда, вихревые электрические поля. Аналогия: насос, качающий воду в водонапорную башню, действует за счет негравитационных сил (электромотор).

      Сторонние силы можно характеризовать работой, которую они совершают над перемещающимися по замкнутой цепи или ее участку зарядами.

      Величина, равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда в цепи, называется электродвижущей силой (ЭДС), действующей в цепи