- •С.Г.Авдєєв, т.І.Бабюк
- •Лекція 1
- •1.2. Рух точки по колу. Кутова швидкість і кутове прискорення
- •1.3. Тангенціальне й нормальне прискорення. Зв’язок між кінематичними величинами криволінійного руху
- •Лекція 2
- •2.2. Другий закон Ньютона. Рівняння руху точки
- •2.3. Третій закон Ньютона. Закон збереження імпульсу
- •Лекція 3
- •3.2. Консервативні й неконсервативні сили. Потенціальна енергія. Зв’язок роботи й потенціальної енергії
- •Знайдемо роботу переміщення матеріальної точки з положення м1 в положення м2. Для цього спочатку знайдемо роботу переміщення точки (тіла) з точки “м1” в точку “о” і з точки “м2” в точку “о”.
- •3.3.Сила й потенціальна енергія. Поняття градієнта
- •3.4. Закон збереження й перетворення механічної енергії
- •Лекція 4
- •4.2. Моменти інерції найпростіших тіл: диск, стержень, куля.
- •4.4. Закон збереження моменту імпульсу і його використання. Гіроскопи. Гіроскопічний ефект
- •Лекція 5
- •5.2. Наслідки перетворення координат Лоренца.
- •5.3. Зв’язок маси і енергії
- •Лекція 6
- •6.2. Електричне поле і його напруженість. Принцип суперпозиції полів. Поле точкового заряду
- •6.3. Теорема Гаусса і її використання
- •З рисунка видно, що
- •За теоремою Гаусса
- •7.2. Потенціал електростатичного поля. Різниця потенціалів. Принцип суперпозиції
- •7.3. Зв’язок між потенціалом і напруженістю електростатич-ного поля. Приклади розрахунку полів
- •Рис 7.5
- •Лекція 8
- •8.2. Електроємність окремого провідника. Конденсатори. Ємність конденсаторів різної форми
- •8.3. Енергія взаємодії електричних зарядів. Енергія окремого провідника і конденсатора
- •8.4. Енергія електростатичного поля. Густина енергії електро-статичного поля
- •Лекція 9
- •9.2. Вектор електричного зміщення. Теорема Гаусса для поля в
- •Лекція 10
- •Струм і існує у зовнішній ділянці кола і створюється полем . Струміснує у джерелі і створюється полем сторонніх сил.
- •10.2. Закон Джоуля-Ленца в інтегральній формі. Опір провідників. Потужність струму
- •10.3. Закони Ома для ділянки кола, неоднорідної ділянки кола й замкнутого кола. Правила Кірхгофа
- •10.4. Закони Ома й Джоуля-Ленца в диференціальній формі. Густина електричного струму в провіднику
- •Лекція 11
- •11.2. Закон Біо-Савара-Лапласа та його використання у найпростіших випадках
- •Лекція 12
- •12.2. Ефект Холла. Магнетогазодинамічний генератор та його використання
- •12.3. Явище електромагнетної індукції
- •12.4. Самоіндукція. Індуктивність. Е.Р.С. Самоіндукції
- •Лекція 13
- •13.2. Магнетний потік. Теорема Гаусса для магнетного поля
- •13.3. Робота переміщення провідника із струмом і контуру із струмом у магнетному полі
- •13.4. Енергія магнетного поля
- •Лекція 14
- •Розглянемо цей випадок трохи детальніше. Скористаємось другим законом Ньютона
- •14.2. Магнетна сприйнятливість і проникність
- •14.3. Циркуляція намагнечування. Вектор напруженості магнетного поля
- •14.4. Феромагнетики та їх основні властивості
- •Д о д а т о к Програма першої частини
- •Плани практичних занять
- •Графік виконання лабораторних робіт
- •Контрольні запитання для захисту лабораторних робіт
- •Тренувальні варіанти контрольної роботи 1 Варіант 1
- •Варіант 2
- •Варіант 3
- •Колоквіум 1
Лекція 6
ЕЛЕКТРОСТАТИКА
6.1 Електричний заряд. Закон збереження електричного заряду. Закон Кулона.
6.2 Електричне поле і його напруженість. Принцип суперпозиції полів. Поле точкового заряду.
6.3 Теорема Гаусса та її використання.
6.1 Електричний заряд. Закон збереження електричного заряду. Закон Кулона
Електростатика – вчення про статичні електричні заряди та про властивості полів цих зарядів.
Електричний заряд– це невіддільна властивість деяких елементарних частинок.
До елементарних частинок відносяться такі мікрочастинки, для яких сучасними засобами фізики не можна доказати, що вони є об’єднаннями інших мікрочастинок.
Відомо, що заряди бувають двох видів – позитивні й негативні. Носієм елементарного негативного заряду є електрон. Елементарним позитивним зарядом наділений протон.
За абсолютною величиною елементарні заряди електрона й протона однакові. За одиницю електричного заряду прийнято кулон (Кл).
Один кулон – це електричний заряд, який проходить через поперечний переріз провідника при силі струму в один ампер за час в одну секунду
1Кл = 1 А/с.
Елементарний електричний заряд електрона або протона дорівнює
| e| = 1,6ּ 10-19Кл.
Будь-який інший заряд є сукупністю елементарних зарядів
q=Nּe. (6.1.1)
Електричні заряди можуть мати лише дискретні значення, кратні заряду електрона. Таку властивість зарядів називають квантуванням.
В довільних інерціальних системах заряд є інваріантнимабо незмінним.
Електричні заряди можуть зникати або виникати знову. Пояснити цей факт можна однаковим або різним числом зарядів різних знаків у системі, або їх взаємним перетворенням. Так відомо, що електрон і позитрон можуть анігілювати
е ++е2. (6.1.2)
В той же час гамма-кванти високих енергій (Е 1,02Ме) - в полі ядерних сил, або кулонівському полі елементарних заряджених частинок здатні перетворюватись в електрон і позитрон:
е ++е . (6.1.3)
Сумарний заряд електрично-ізольованої системи є величиною сталою. Це твердження є законом збереження електричного заряду.
Всі основні властивості електричних зарядів знайдені дослідним шляхом. Серед них відмітимо такі:
- однойменні заряди відштовхуються, різнойменні притягуються;
- величина заряду не залежить від системи відліку;
- дискретний характер заряду, тобто кратність до елементарного заряду;
- електричний заряд має властивість адитивності. Це означає, що заряд системи тіл дорівнює сумі зарядів всіх частинок , які входять в систему.
В електростатиці використовується фізична модель точкового джерела.
Точковим джерелом зарядуназивається заряджене тіло, форма й розміри якого в даних умовах не є суттєвими.
Дослідним способом було доказано, що сила взаємодії двох нерухомих точкових зарядів пропорційна величині кожного із зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.
Закон взаємодії точкових зарядів називається законом Кулона
, (6.1.4)
де q1іq2- точкові електричні заряди;- діелектрична стала;r– відстань між точковими зарядами.
Сила напрямлена вздовж прямої, яка з’єднує взаємодіючі заряди. У векторній формі сила, з якою взаємодіють два точкові зарядиq1іq2записується так
. (6.1.5)
Згідно з третім законом Ньютона сили з якими взаємодіють два точкових заряди, рівні за величиною і протилежні за напрямком
1,2= -2,1. (6.1.6)
Діелектрична стала ε0 відноситься до числа фундаментальних фізичних сталих. Її величина дорівнює 8,85ּ10-12Ф/м.
Якщо взаємодія двох точкових зарядів відбувається у ізотропному діелектричному середовищі, то закон Кулона матиме вигляд
. (6.1.7)
Відносна діелектрична проникність ε показує у скільки разів сила взаємодії між електричними зарядами в даному ізотропному діелектричному середовищі буде меншою сили взаємодії між цими зарядами у вакуумі
, (6.1.8)
де F0 – сила взаємодії між двома точковими зарядами у вакуумі;F– сила взаємодії між цими зарядами в однорідному діелектричному середовищі.
Відносна діелектрична проникність вакууму = 1.