“СЕГРИС”

Институт информационных технологий

Конспект лекций по физике

Раздел 3 электричество

Часть 1

Санкт-Петербург 2005г

Д.Н. Пафомов

Санкт-Петербург 2011 г.

Оглавление

Электростатика 5

Электростатическое поле в вакууме. 5

Электрические заряды. Закон Кулона 5

Напряженность электростатического поля 7

Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме 8

Применение теоремы Гаусса к расчету некоторых электростатических полей в вакууме 10

Работа по перемещению заряда в электрическом поле. Потенциальность электростатического поля. 12

Потенциал электростатического поля 13

Напряженность как градиент потенциала 15

Разность потенциалов некоторых полей 16

Электрическое поле в веществе. 18

Электрический диполь 18

Диэлектрики в электростатическом поле 19

Электрическое смещение. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике 21

Проводники в электростатическом поле 22

Электрическая емкость. Электрическая емкость уединенного проводника 24

Конденсаторы 25

Соединение конденсаторов в батарею 27

Энергия электростатического поля 29

Постоянный электрический ток. 36

Электрический ток. Сила тока. Плотность тока 36

Сторонние силы. 39

Электродвижущая сила и напряжение 39

Закон Ома для участка цепи. 41

Сопротивление цепи 41

Закон Ома для неоднородного участка цепи и для полной (замкнутой) цепи 42

Работа и мощность электрического тока. 44

Закон Джоуля - Ленца 44

Зависимость сопротивления от температуры. Явление сверхпроводимости 45

Электрические цепи с последовательным и параллельным соединением потребителей 46

Электрические цепи с последовательным и параллельным

соединением потребителей…………………………………………… 46

А н н о т а ц и я

Настоящий конспект лекций разработан на факультете среднего профессионального образования Санкт-Петербургского университета информационных технологий, механики и оптики, рассмотрен предметно-цикловой комиссией естественнонаучных дисциплин и рекомендован для использования в учебном процессе факультета.

Конспект лекций по электричеству предназначен для студентов учреждений среднего профессионального образования, закончивших не менее 9 классов общеобразовательной школы.

В конспекте рассмотрены следующие темы: электростатика, постоянный электрический ток, элементы расчета электрических цепей постоянного тока, прохождение тока в различных средах. Полнота изложения тем близка к требованиям программы теоретического минимума по физике СПб ГУ ИТМО.

Электростатика Электростатическое поле в вакууме. Электрические заряды. Закон Кулона

Существуют 2 типа электрических зарядов. Заряды, подобные зарядам, возникающим в стекле, потертом о кожу, условно назвали положительными. Заряды, подобные зарядам, возникающим в эбоните, потертом о мех, условно назвали отрицательными. Одноименные заряды отталкиваются друг от друга, а разноименные – притягиваются.

В тех случаях, когда воздействие тел друг на друга может происходить через безвоздушное пространство, материальную среду, передающую это воздействие, называют полем.

Поле, передающее воздействие одного неподвижного электрического заряда на другой неподвижный заряд, называют электростатическим или электрическим полем.

Все электрические явления определяются изменениями полей зарядов, причем эти изменения распространяются в пространстве от точки к точке с конечной скоростью.

В системе СИ за единицу величины заряда принят 1Кл (кулон). Любой электрический заряд дискретен, т.е. состоит из целого числа элементарных электрических зарядов ( = 1,6  10^-19 Кл): положительных – протонов и отрицательных – электронов.

Опытным путем был установлен фундаментальный закон природы – закон сохранения заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы (не обменивающейся зарядами с внешними телами) остается неизменной, какие бы процессы не происходили внутри этой системы.

Электрический заряд – величина релятивистски-инвариантная, т.е. не зависит от системы отсчета, а значит, не зависит от того, движется этот заряд или покоится.

Закон взаимодействия неподвижных точечных зарядов установлен Ш. Кулоном в 1785 году. Точечным называется заряд, сосредоточенный на теле, линейные размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием от других заряженных тел, с которыми он взаимодействует.

Закон Кулона: сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, прямо пропорциональна зарядам q₁ и q₂ и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

Рисунок 1. Взаимодействие электрических зарядов

В векторной форме: - сила, действующая на заряд , со стороны заряда .

- радиус-вектор, соединяющий заряд с зарядом (рисунок 1).

Векторы сил направлены вдоль линии, соединяющей центры тел, на которых расположены электрические заряды.

В системе СИ , где - электрическая постоянная. =8,8510^-12 Ф/м; = 9 10⁹ м/Ф.

Если среда, окружающая точечные заряды, не является вакуумом, то она уменьшает в раз силу электрического взаимодействия зарядов F по сравнению с силой взаимодействия этих же зарядов в вакууме F₀. , где - относительная диэлектрическая проницаемость среды.

Значения для различных сред приведены в справочнике.

— закон Кулона для любой среды в

системе СИ

— абсолютная диэлектрическая проницаемость среды.