- •Часть 2
- •Оглавление
- •Предисловие
- •После изучения дисциплины необходимо знать
- •После изучения дисциплины необходимо уметь
- •Содержание дисциплины
- •Самостоятелная работа и контроль знаний студентов
- •После изучения главы необходимо знать следующее:
- •1.1. Электрический заряд. Закон Кулона
- •1.2. Напряженность электрического поля
- •1.3. Поток вектора напряженности электростатического поля.
- •1 .4. Работа электрических сил при перемещении заряда в поле. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля
- •1.5. Потенциальная энергия заряда в электростатическом поле. Потенциал электростатического поля. Разность потенциалов
- •1.6. Связь между напряженностью и потенциалом электростатического поля
- •1.7. Проводники в электростатическом поле
- •1.8. Диэлектрики в электростатическом поле
- •1.9. Электроемкость проводников
- •1.10. Энергия электростатического поля
- •После изучения главы необходимо знать следующее:
- •2.1. Электрический ток, сила и плотность тока. Уравнение непрерывности
- •2.2. Электродвижущая сила. Напряжение
- •2.3. Закон Ома
- •2.4. Закон Джоуля - Ленца
- •2.5. Расчет разветвленной цепи. Законы Кирхгофа
- •2.6. Эквивалентные сопротивления и источники
- •После изучения главы необходимо знать следующее:
- •3.1. Магнитное поле. Сила Лоренца
- •3.2. Закон Ампера
- •3.3. Закон Био – Савара - Лапласа
- •3.4. Контур с током в магнитном поле
- •3.5. Поток и циркуляция вектора магнитной индукции
- •3.6. Работа магнитных сил при перемещении проводника с током в поле
- •3.7. Магнитное поле в веществе. Намагниченность вещества
- •3.8. Напряженность магнитного поля. Теорема о циркуляции вектора напряженности магнитного поля
- •3.9. Магнитный момент электронов и атомов. Диа-, пара- и ферромагнетики
- •3.10. Электромагнитная индукция. Закон электромагнитной индукции
- •3.11. Самоиндукция. Индуктивность контура. Взаимная индукция
- •3.12. Энергия магнитного поля
- •После изучения главы необходимо знать следующее:
- •4.1. Электрический колебательный контур
- •4.2. Переменный электрический ток
- •4.3. Ток смещения. Уравнения Максвелла
- •4.4. Электромагнитные волны
- •В опросы для самоконтроля По теме: ”Электростатика”
- •По теме: ”Постоянный электрический ток”
- •По теме: ”Магнетизм”
- •По теме: ”Электромагнитные колебания и волны”
- •Т олковый словарь
- •З аключение
- •Б иблиографический список
- •Краткий курс физики
- •Часть 2
- •394026 Воронеж, Московский просп.,14
1.2. Напряженность электрического поля
Взаимодействие заряженных частиц друг с другом осуществляется посредством электромагнитного поля. Это означает, что:
а) заряженные частицы создают в окружающем пространстве электромагнитное поле;
б) на заряженную частицу действует электромагнитное поле, существующее в данной точке пространства в данный момент времени.
Электромагнитное поле представляет собой совокупность двух взаимосвязанных полей – электрического и магнитного. Действие электрического поля на заряженную частицу не зависит от ее скорости, а действие магнитного поля пропорционально скорости частицы. Источниками электрического поля служат любые заряженные частицы, магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами. Свойства полей полностью описываются системой четырех релятивистски инвариантных уравнений Максвелла.
Электростатическое притяжение или отталкивание между зарядами определяется как сила (это следует из закона Кулона), поэтому электрическое поле можно назвать векторным полем, которое описывается векторной функцией. В общем случае поле это любая физическая величина, принимающая различные значения в разных точках пространства. В каждой точке пространства, в котором действует электрическое поле, на электрические заряды, помещенные в это поле, действуют силы, пропорциональные этим зарядам. Если в одну и ту же точку поля вносить разные заряды q1, q2, q3, …, то на них будут действовать разные силы F1, F2, F3,…, но отношение F1/q1 = F2/q2 = F3/q3 =… для этой точки поля всегда будет постоянным. Для разных точек поля можно составить аналогичные отношения, то есть величиной подобного отношения можно количественно характеризовать электрическое поле в любой его точке.
Отношение E = Fi/qi называтся напряженностью электростатического (электрического) поля. Для измерения характеристик поля обычно пользуются малым положительным пробным зарядом qпр, который не искажает исследуемое поле источников собственным полем (то есть при внесении qпр источники изучаемого поля не смещаются).
Напряженность поля – векторная величина, равная
Е = F/qпр = ;
она является силовой характеристикой электрического поля, которая показывает какая сила F действует на единичный положительный заряд qпр. В системе СИ напряженность электрического поля Е измеряется в Н·Кл или В·м .
Наиболее важное свойство электрических сил (гравитационных тоже), заключается в том, что сила взаимодействия двух зарядов не изменяется при наличии третьего, четвертого и т.д. зарядов. Данное свойство позволяет определять силовое воздействие целой системы зарядов на любой другой заряд путем непосредственного наложения воздействия отдельных зарядов системы по правилу сложения векторов. Принцип наложения или принцип суперпозиции полей заключается в следующем: результирующая напряженность в данной точке поля равна геометрической сумме векторов напряженностей полей, созданных отдельными зарядами в той же точке
Е = Е1 + Е2 +…+ EN .
Электростатическое поле графически наглядно изображается с помощью силовых линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с вектором напряженности в данной точке поля.Силовые линии указывают направление поля, то есть направление результирующей силы, действующей на пробный заряд. Каждая силовая линия – это линия, вдоль которой малый пробный заряд перемещается под действием электрического поля. В каждой точке силовой линии касательная к ней совпадает с направлением результирующей сил притяжения и отталкивания со стороны всех других зарядов, действующих на пробный заряд. На рис. 4 показаны графические изображения электрического поля для некоторых случаев:
а) поле уединенного положительного заряда;
б) поле уединенного отрицательного заряда;
в) поле одинаковых по величине зарядов разных знаков;
г) поле различных по величине зарядов разных знаков;
д) поле одинаковых по величине зарядов одинаковых знаков.
Электрическое поле, напряженность которого одинакова во всех точках пространства, называется однородным. Силовые линии напряженности электрического поля не замкнуты, они начинаются на положительных и оканчиваются на отрицательных зарядах. Линии напряженности непрерывны и не пересекаются. Силовые линии гуще там, где напряженность поля больше.