- •Навчальний посібник з фізики для слухачів підготовчих курсів заочної та дистанційної форм навчання частина II
- •Електрика та магнетизм Питання програми
- •Основні поняття, закони, формули Основи електростатики
- •Закони постійного струму Характеристики електричного струму:
- •Електричний струм у різних середовищах
- •Магнітне поле, електромагнітна індукція
- •Приклади розв’язування задач
- •Оптика. Фізика атома і атомного ядра Питання програми
- •Основні закони і формули Геометрична оптика
- •Довжина світлової хвилі в середовищі
- •Хвильова оптика
- •Світлові кванти.
- •Атом та атомне ядро.
- •Приклади розв’язування задач
- •Фізичні константи
Основні поняття, закони, формули Основи електростатики
Електричний заряд будь-якого тіла складається з окремих елементарних позитивних або негативних зарядів. Носієм позитивного елементарного заряду є протон, а елементарного негативного – електрон.
Елементарний заряд дорівнює е = 1,610-19 Кл. Отже, заряд тіла q = Ne, де N – кількість частинок у тілі.
Сила взаємодії між точковими зарядами визначається законом Кулона: сила взаємодії двох нерухомих точкових зарядів у вакуумі прямо пропорційна величині кожного з зарядів та обернено пропорційна квадрату відстані між ними.
Ця сила напрямлена вздовж прямої, що з’єднує заряди, залежить від властивостей середовища і є силою притягання для різнойменних зарядів і силою відштовхування – для однойменних зарядів. Математичний запис закону Кулона у системі СІ:
F=
де F – сила взаємодії, q1 та q2 – величина зарядів, що взаємодіють, r – відстань між ними, ε0 – електрична стала (ε0 =Ф/м), ε– діелектрична проникність середовища, яка показує, у скільки разів сила взаємодії між зарядами у вакуумі більша, ніж на тій же відстані у середовищі.
Електричне поле характеризують силовою характеристикою – напруженістю.
Напруженість електричного поля в даній точці – це векторна фізична величина, яка чисельно дорівнює відношенню сили, що діє на точковий позитивний заряд, уміщений в цю точку, з боку електричного поля, до величини цього заряду. , [E] = В/м
Принцип суперпозиції визначає напруженість поля, створеного кількома зарядами в даній точці:
Напруженість поля точкового заряду q у точці, що знаходиться на відстані r від нього дорівнює Е=.
Напруженість нескінченної площини, яка заряджена рівномірно з поверхневою густиною , в будь-якій точці однакова і дорівнює Е = , де = – поверхнева густина заряду, [] = Кл/м2.
Напруженість поля, створеного двома паралельними площинами, що мають рівномірно розподілені по їх поверхні заряди різного знаку, між пластинами визначається за формулою Е =
Робота електричного поля по переміщенню заряду в електричному полі з однієї точки в іншу не залежить від форми шляху. В однорідному електричному полі робота визначається за формулою
А = qEd,
де q – заряд, що переміщується в електричному полі напруженістю Е, d – відстань між точками поля. Робота є мірою зміни енергії.
Енергетичну характеристику поля називають потенціалом.
Потенціал електричного поля у даній точці – це скалярна величина, яка чисельно дорівнює відношенню потенціальної енергії пробного заряду q0, вміщеного в цю точку, до величини цього заряду
φ = , [φ] = В.
Оскільки потенціал – скалярна величина, то потенціал електричного поля, що створює система електричних зарядів, буде дорівнювати алгебраїчній сумі потенціалів, що створює в цій точці кожний заряд: φ =φі
Потенціал точкового заряду q дорівнює φ=, де r – відстань від точки до заряду q, що створює поле.
Робота переміщення точкового заряду q1 в полі точкового заряду q2 визначається за формулою:
А = ()
де r1 і r2 – відстань заряду q1 від точкового заряду q2 відповідно в початковому і кінцевому положенні.
Робота переміщення заряду q в довільному колі: А = q (φ1 – φ2),
де (φ1 – φ2) – різниця потенціалів в початковій і кінцевій точках поля.
Пристрій для накопичення електричних зарядів називають конденсатором. Він складається з двох провідників (обкладок), розділених шаром діелектрика. За формою обкладок розрізняють плоскі, сферичні, циліндричні конденсатори.
Електроємністю двох провідників називають відношення заряду одного з провідників до різниці потенціалів між цим провідником і сусіднім:
У системі СІ [С] = Ф
Ємність плоского конденсатора С = , де S – площа пластин конденсатора, d – відстань між ними, ε – діелектрична проникність діелектрика, ε0 – електрична стала.
При послідовному з’єднанні конденсаторів обернена ємність батареї конденсаторів дорівнює сумі обернених ємностей конденсаторів:
При послідовному з’єднанні електроємність батареї менша найменшої з ємностей окремих конденсаторів.
При паралельному з’єднанні конденсаторів ємність батареї дорівнює сумі ємності всіх конденсаторів:
С = С1 + С2 +…+ Сn.
Заряджений конденсатор має енергію, яка обчислюється за формулою: W=СU2=,
де С – ємність конденсатора, U- різниця потенціалів між обкладками конденсатора, q – заряд однієї з пластин конденсатора.