4. Электростатика

ВОПРОСЫ ПРОГРАММЫ

1. Электрический заряд. Закон сохранения заряда. Закон Кулона. Характеристика электрического поля. Принцип суперпозиции для напряженности и потенциала. Циркуляция вектора напряженности. Связь между потенциалом и вектором напряженности. Напряженность как градиент потенциала. тело.

2. Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Гаусса в интегральной форме. Применение теоремы Гаусса. Поле бесконечной равномерно заряженной плоскости и плоского конденсатора. Поле бесконечного равномерно заряженного цилиндра (нити). Проводники в электрическом поле.

3. Электрическая емкость проводников. Электроемкость конденсаторов. Диэлектрики. Типы диэлектриков. Вектор поляризации. Характеристики электрического поля в диэлектриках. Связь между ними. Преломление линий E и D на границе раздела двух диэлектриков.

8. Энергия системы электрических зарядов. Энергия заряженного проводника. Энергия заряженного конденсатора. Объемная плотность энергии электрического поля.

ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ФОРМУЛЫ

Закон Кулона

, (4.1)

где F – сила взаимодействия двух точечных зарядов q₁ и q₂ , r – расстояние между ними, ε – диэлектрическая проницаемость среды, ε₀ – электрическая постоянная (ε₀ = 8,85 · 10^-12 Ф/м).

Напряженность и потенциал электростатического поля:

, , или , (4.2)

где - сила, действующая на точечный положительный заряд , помещенный в данную точку поля, W- потенциальная энергия заряда , - работа перемещения заряда из данной точки поля за его пределы.

Напряженность и потенциал электростатического поля точечного заряда q на расстоянии r от заряда

, . (4.3)

Принцип суперпозиции электростатических полей

, , (4.4)

где , - напряженность и потенциал поля, создаваемого зарядом q_i .

Циркуляция вектора напряженности вдоль замкнутого контура

, (4.5)

где - вектор элементарного перемещения.

Связь между напряженностью и потенциалом электростатического поля

. (4.6)

Поток вектора напряженности через произвольную поверхность S

. (4.7)

Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме

, (4.8)

где q_i - заряды, заключенные внутри замкнутой поверхности S , n - число зарядов, Е_n – проекция вектора на нормаль к элементарной площадке dS.

Напряженность поля, создаваемого равномерно заряженной бесконечной плоскостью

, (4.9)

где - поверхностная плотность зарядов на плоскости.

Напряженность поля, создаваемого двумя бесконечными параллельными равномерно заряженными плоскостями

. (4.10)

Напряженность поля равномерно заряженной нити

, (4.11)

где λ – линейная плотность зарядов на нити, r - расстояние до нити.

Электроемкость уединенного проводника

, (4.12)

где q - заряд, сообщенный проводнику, - потенциал, сообщенный проводнику.

Емкость плоского конденсатора

, (4.13)

где - площадь пластины, - расстояние между пластинами.

Емкость цилиндрического конденсатора

, (4.14)

где l – длина конденсатора, r₁ и r₂ - радиусы цилиндров.

Поляризованность (вектор поляризации)

, (4.15)

где - объем диэлектрика, - дипольный момент i-й молекулы.

Связь между поляризованностью диэлектрика и напряженностью электростатического поля

, (4.16)

где χ – диэлектрическая восприимчивость вещества.

Связь диэлектрической проницаемости ε с диэлектрической восприимчивостью χ

. (4.17)

Связь между векторами электрического смещения и напряженностью электростатического поля

. (4.18)

Связь между и

. (4.19)

Энергия взаимодействия системы точечных зарядов

, (4.20)

где - потенциал, создаваемый в точке нахождения заряда всеми зарядами, кроме i – го.

Энергия уединенного заряженного проводника

. (4.21)

Энергия заряженного конденсатора

, (4.22)

где U – разность потенциалов между обкладками.

Объемная плотность энергии электростатического поля

. (4.23)