Физика. Лекции

Лекция 14.09. Электростатика

Закон сохранения электрического заряда

два типа зарядов:положительные (потертые на коже,возникающие на стекле)

отрицательные(возникающие на эбоните,потертом о мех

одноимённые заряды друг от друга отталкиваются,а разноименные - притягиваются

электрический заряд дискретен,т.е заряд любого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда e (=-1,6*10^-19 Кл)

электрон (масса= 9,11*10^-31 кг)

протон (масса=1,67*10^-27 кг)

(атом состоит из ядра,в котором протоны и нейтроны и орбиты,на которой электроны)

Фундаментальный закон природы был экспериментально подтверждён в 1843 английским физиком М. Фарадеем- закон сохранения заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов любой ЗАМКНУТОЙ системы(системы,не обменивающейся зарядами с внешними телами)

остаётся неизменной,какие бы процессы ни происходили внутри этой системы

Точечный заряд - заряд,сосредоточенный на теле,линейные размеры которого пренебрежительной малы по сравнению с расстоянием до других заряженных тел,с которыми он взаимодействует. Понятие точечного заряда,как и материальной точки,является физической абстракцией.

Закон Кулона: сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами ,находящимися в вакууме,пропорциональна зарядам Q1 и Q2 и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними:

k- коэффициент пропорциональности,зависящий от выбора системы единиц.

Закон Кулона в векторном виде:

(другой слайд)

Диэктрическая проницаемость среды (эпсилон)

Электрическое поле.

Напряженность электростатического поля

Если в пространство,окружающее электрический заряд,внести другой заряд,то на него будет действовать кулоновская сила,следовательно в пространстве ,окружающем электрические заряды,существует силовое поле

Одна из форм существования материи - поле реально существует ,наряду с веществом

Электрическое поле - поле,посредством которого взаимодействуют электрические заряды. Электрические поля,которые создаются неподвижными электрическими зарядами называются электростатическими.

Для обнаружения и пробного исследования электростатического поля используется пробный точечный положительный заряд - такой зарядно не искажает исследуемое поле. Если в поле,создаваемое зарядом Q, поместить пробный заряд Q0,то на него действует сила F,различная в разных точках поля,которая,согласно закону Кулона,пропорционально пробному заряду Q0.

поэтому отношение F/Q0 не зависит от Q0 и характеризует электростатическое поле в той точке,где пробный заряд находится. Эта величина называется напряженностью E и является силовой характеристикой электростатического поля.

Напряженность - физическая величина,определяемая силой,действующая на пробный положительный заряд,помещённый в эту точку поля

Направление вектора Е совпадает с направлением силы,действующей на положительный заряд.

Если поле создаётся положительным зарядом,то вектор Е направлен вдоль радиуса вектора от заряда во внешнее пространство;если поле создаётся отрицательным зарядом,то вектор Е направлен к заряду

Графически электростатическое поле изображают с помощью линий напряженности - линии,касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора Е. Им приписывается направление,совпадающее с направлением вектора Е в рассматриваемой точке поля.

Напряженность поля точечного заряда Q

С помощью линий напряженности можно дхарактеризовать не только направление,но и значение напряженности поля.

Линии напряженности поля проводят с определенной густотой:число линий напряженности,пронизывающих единицу площади поверхности ,перпендикулярную линиям напряженности,равно модулю вектора Е.

Поле равномерно заряженной плоскости

Бесконечная плоскость заряжена с постоянной поверхностной плотностью +(сигма,вроде)

Линии напряженности перпендикулярны

поле равномерно заряженной плоскости однородно

напряженность для конденсатора всегда больше,чем для одной плоскости

Циркуляция вектора напряженности электростатического поля

Работа при перемещении заряда Q0 из точки 1 в точку 2

Электростатическое поле точечного заряда является потенциальным,а электростатические силы - консервативными.

Лекция 28.09. Электростатика.

Тело находящееся в потенциальном поле сил ,обладает потенциальной энергией ,за счёт которой силами поля можно представить как разность потенциальных энергии ,которыми обладает точечный зарядQ0 в начальной и конечных точках траектории в поле заряда Q.

Потенциал измеряется в Вольтах

Потенциал можно определить через работу ,ведь работа в бесконечности равна нулю.Поэтому вводят формулу

Таким образом потенциал —физ величина ,численно равная работе сил поля по перемещению единичного положительного заряда из данной точки поля на бесконечность .Единица измерения потенциалов и разности потенциалов вольт .

Эквипотенциальные поверхности

Напряжённость перпендикулярна линиям с постоянным потенциалом.Вектор напряженности направлен на убывание потенциалов

Поверхности у которых во всех точках потенциал ф(фи) имеет одно и тоже значение.

Если источник заряд то вокруг него сферы .

Постоянный электрический ток.

Электрический ток —упорядоченное движение заряженных частиц .В проводнике под действием приложенного электрического поля Е свободные электрические заряды перемещаются :положительные —по полю,отрицательные противполя,в проводнике возникает электрический ток ,называемый током проводимости.

Для возникновения и существования электрического тока необходимо:

1.Наличие свободных носителей тока —заряженных частиц ,способных перемещаться под действием электрического поля (электроны,ионы,и др)

2.Наличие электрического поля ,энергия которого каким—то образом восполняясь ,расходуется на упорядоченное движение носителей тока.За направление тока принимают движения положительных зарядов .

Сила тока —скалярная физическая величина .определяемая электрическим зарядом ,проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени.

Плотность тока —физическая величина ,определяемая силой тока,проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника ,перпендикулярного направление тока .

Сторонние силы.Электродвижущая сила и напряжение

Для существования постоянного тока необходимо наличие в цепи устройства ,способного создавать и поддерживать разность потенциалов за счёт работы сил.

Такие устроиства называются источниками тока,называются сторонними.

Природа сторонних сил :

Химическая(гальванические элементы)

Электромагнитная (генераторы тока)

Под действием поля сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля ,благодаря чему на концах цепи поддерживается разность потенциалов ф1—ф2 и в цепи течёт постоянный электрический ток .

Сторонние силы совершают работу по перемещению электрических зарядов.Физическая величина ,определяемая работой ,совершаемая сторонами силами при перемещении единичного положительного заряда называется ЭДС.Измеряется в Вольтах. Закон Ома

Лекция 26.10 электромагнитное поле в вакууме и в веществе

Магнитный поток через замкнутую поверхность в однородном магнитном поле называют скалярную величину равную скалярному произведению вектора магнитной индукции на вектор. Магнитный поток измеряется в веберах (Тл • м^2)

Полный поток есть сумма потоков через все контуры. Его возмущаю Ф=интеграл (внизу)s (B вектор, дельта S вектор).

Явление ЭДС это появление индукционного тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока.

Закон Фарадея: возникающая в контуре эдс индукции пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Равиль Ленца: индукционный ток всегда противодействует причине, его вызвавшей. Направление индукционного тока всегда противодействует изменению магнитного потока, вызывающего появление индукционного тока.

Возникновение эдс в замкнутом проводящем контуре, в котором уже течёт постоянный ток, при изменении в нем силы тока, называют самоиндукцией, и дополнительный ток называют индукционным.

Единица индуктивности в системе СИ - генри (Гн). Индуктивность (L) - физ величина, характеризующая магнитные свойства электрической цепи.

Ф=L • I

Магнитные свойства различных веществ .

Полный магнитный момент атома равен векторной сумме магнитных моментов всех его электронов.

Все вещества в магнитном поле намагничиваются, то есть создают собственное Магнитное поле. Способность намагничиваться характеризуется вектором намагничивания.

В магнитном поле на магнитный диполь действуют силы, стремящиеся повернуть его так, чтобы векторы магнитного поля и магнитного диполя были параллельны и направлены в одну сторону. Это положение устойчивого равновесия т.к. соответствует минимуму энергии.

Магнитные свойства диамагнетиков равны 0, а парамагнетиков совершенно незначительны.

Магнитная индукция характеризует результирующее поле, создаваемое всеми макро и микротоками.

В веществе магнитная проницаемость больше нуля и отлична от единицы. А в вакууме она равна 1.

ферамаггнетики - вещества, обладающие самонамагничиванием при невысоких температурах, причём самопроизвольно. Домены - в отсутсвие магнитного поля области намагниченности до насыщения в ферромагнетике.

Гистерезис - запаздывание намагниченности за изменением магнитного поля.

Лекция 21.12

Тепловое излучение