- •4. Линии напряжонности (силовые линии) электрического поля. Поток вектора напряжонности. Густота силовых линий.
- •Свойства силовых линий электрического поля
- •9.5. Поток вектора напряженности электрического поля. Теорема Гаусса
- •5. Теорема Гаусса для электрического поля в вакууме
- •6. Применение теоремы Гаусса к расчету электростатического поля равномерно заряженной длинной нити (цилиндра)
- •7. Применение теоремы Гаусса к расчету электростатического поля равномерно заряженной плоскости
- •8. Применение теоремы Гаусса к расчету электростатического поля равномерно заряженной сферы и объемно заряженного шара.
- •9. Работа сил электрического поля при перемещении заряда. Теорема о циркуляции напряженности электрического поля.
- •10. Потенциал электрического поля. Связь между потенциалом и напряжонностью.
- •11. Энергия системы неподвижных точечных электрических зарядов.
- •12. Диполь в электрическом поле. Полярные и неполярные молекулы. Поляризация диэлектриков. Поляризованность. Сегнетоэлектрики.
- •13. Напряженность электрического поля в диэлектрики. Электрическое смещение. Теорема Гаусса для поля в диэлектрики.
- •14. Электрическая емкость. Конденсаторы (плоский, сферический, цилиндрический), их емкости.
- •15. Соединение конденсаторов (параллельное и последовательное)
- •16. Энергия электрического поля и её объёмная плотность.
- •18. Электрическое сопротивление проводников. Электрическая проводимость. Последовательное и параллельное соединение проводников.
- •Параллельное соединение
- •Резистор
- •19. Эдс, разность потенциалов и напряжение.
- •20. Закон Джоуля-Ленца (интегральная и дифференциальная формы).
- •21. Закон Ома для неоднородного участка цепи (обобщенный закон Ома). Закон Ома для замкнутой цепи.
- •22. Правила Кирхгофа для разветвленных цепей постоянного тока
- •23. Работа и мощность постоянного электрического тока. Кпд источника тока.
- •24. Вывод закона Ома из классической теории электропроводимости металлов.
- •27. Магнитное поле, Магнитная индукция. Принцип суперпозиции магнитных полей. Закон Ампера.
- •Принцип суперпозиции
- •28. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитом поле.
- •29. Эффект Холла и его применение.
- •Аномальный эффект Холла
- •Квантовый эффект Холла
- •Спиновый эффект Холла
- •Применение:
- •30. Закон Био-Савара-Лапласа
- •31. Закон Био-Савара-Лапласа и применение его к расчёту магнитного поля прямолинейного проводника стоком.
- •32. Закон Био-Савара-Лапласа и применение его к расчёту магнитного поля оси кругового витка с током
- •33. Магнитное поле движущегося заряда. Взаимодействие параллельных проводников с током.
- •34. Закон полного тока и применение его к расчёту магнитных полей длинного соленоида и тороида
- •Ток смещения
- •35. Поток вектора магнитной индукции, его единица си. Теорема Гаусса для магнитного поля.
- •Теорема Гаусса для магнитной индукции
- •36. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле.
- •37. Явление электромагнитной индукции (опыты Фарадея). Закон электромагнитной индукции. Правило Ленца
- •38. Вывод эдс индукции из закона сохранения энергии. Механизм возникновения эдс индукции. Вихревые токи (Токи Фуко)
- •39. Вращение проводящей рамки в магнитном поле. Баллистический способ измерения магнитной индукции.
- •40. Явление самоиндукции. Эдс самоиндукции.
- •Эдс индукции
- •41. Индуктивность, ее единица си. Индуктивность длинного соленоида.
- •Обозначение и единицы измерения
- •42. Ток при размыкании и замыкании цепи.
- •43. Явление взаимной индукции. Трансформатор.
- •Закон Фарадея
- •44. Энергия магнитного поля, её плотность.
- •45. Магнитное поле в веществе. Намагниченность. Магнитная проницаемость. Напряженность магнитного поля, её связь с магнитной индукцией.
- •Напряженность магнитного поля. Закон полного тока
- •46. Магнитные моменты электронов и атомов. Гиромагнитное отношение.
- •47. Диамагнетизм и парамагнетизм.
- •48. Ферромагнетики и их свойства. Магнитный гистерезис. Домены. Применение ферромагнетиков.
- •49. Основы теории Максвелла для электромагнитного поля. Ток смещения.
- •50. Уравнение Максвелла для электромагнитного поля в интегральной форме.
8. Применение теоремы Гаусса к расчету электростатического поля равномерно заряженной сферы и объемно заряженного шара.
Поле равномерно заряженной сферической поверхности. Сферическая поверхность радиуса R с общим зарядом Q заряжена равномерно с поверхностной плотностью +σ. Т.к. заряд распределен равномернопо поверхности то поле, которое создавается им, обладает сферической симметрией. Значит линии напряженности направлены радиально (рис. 3). Проведем мысленно сферу радиуса r, которая имеет общий центр с заряженной сферой. Если r>R,ro внутрь поверхности попадает весь заряд Q, который создает рассматриваемое поле, и, по теореме Гаусса, 4πr2E = Q/ε0 , откуда (3)
При r>R поле убывает с расстоянием r по такому же закону, как у точечного заряда. График зависимости Е от r приведен на рис. 4. Если r'<R, то замкнутая поверхность не содержит внутри себя зарядов, значит внутри равномерно заряженной сферической поверхности электростатическое поле отсутствует (E=0).
Поле объемно заряженного шара. Шар радиуса R с общим зарядом Q заряжен равномерно с объемной плотностью ρ (ρ = dQ/dV – заряд, который приходится на единицу объема). Учитывая соображения симметрии, аналогичные п.3, можно доказать, что для напряженности поля вне шара получится тот же результат, что и в случае (3). Внутри же шара напряженность поля будет иная. Сфера радиуса r'<R охватывает заряд Q'=(4/3)πr'3ρ . Поэтому, используя теорему Гаусса, 4πr'2E=Q'/ε0=(4/3)πr'3ρ/ε0 . Т.к. ρ=Q/(4/3πR3)) получаем (4)
Значит, напряженность поля вне равномерно заряженного шара описывается формулой (3), а внутри его изменяется линейно с расстоянием r' согласно зависимости (4). График зависимости Е от r для рассмотренного случая показан на рис. 5.
9. Работа сил электрического поля при перемещении заряда. Теорема о циркуляции напряженности электрического поля.
Элементарная работа, совершаемая силой F при перемещении точечного электрического заряда из одной точки электростатического поля в другую на отрезке пути , по определению равна
где - угол между вектором силы F и направлением движения . Если работа совершается внешними силами, то dA0. Интегрируя последнее выражение, получим, что работа против сил поля при перемещении пробного заряда из точки “а” в точку “b” будет равна
где - кулоновская сила, действующая на пробный заряд в каждой точке поля с напряженностью Е. Тогда работа
Пусть заряд перемещается в поле заряда q из точки “а”, удалённой от q на расстоянии в точку “b”, удаленную от q на расстоянии (рис 1.12).
Как видно из рисунка тогда получим
Как было сказано выше, работа сил электростатического поля, совершаемая против внешних сил, равна по величине и противоположна по знаку работе внешних сил, следовательно
Теорема о циркуляции электрического поля.
Напряженность и потенциал – это две характеристики одного и того же объекта – электрического поля, поэтому между ними должна существовать функциональная связь. Действительно, работа сил поля по перемещению заряда q из одной точки пространства в другую может быть представлена двояким образом:
Откуда следует, что
Или
Это и есть искомая связь между напряженностью и потенциалом электрического поля в дифференциальномвиде.
- вектор, направленный из точки с меньшим потенциалом в точку с большим потенциалом (рис.2.11).
, .
Рис.2.11. Векторыи gradφ. .
Из свойства потенциальности электростатического поля следует, что работа сил поля по замкнутому контуру (φ1= φ2) равна нулю:
,
поэтому можем написать
Последнее равенство отражает суть второй основной теоремы электростатики – теоремы о циркуляции электрического поля, согласно которой циркуляция поля вдоль произвольного замкнутого контура равна нулю. Эта теорема является прямым следствием потенциальности электростатического поля.