1.8. Эквипотенциальные линии и поверхности и их свойства.

Линии и поверхности, все точки которых имеют одинаковый потенциал, называются эквипотенциальными. Их свойства непосредственно вытекают из представления работы сил поля и иллюстрируются рис.2.12:

1) - работа по перемещению заряда вдоль эквипотенциальной линии (поверхности) равна нулю, т. к. .

2) - силовые линии поля в каждой точке ортогональны к эквипотенциальной линии (поверхности).

Рис.2.12. Иллюстрация свойств эквипотенциальных линий и поверхностей.

1.9. Потенциалы простейших электрических полей.

Из соотношения , определяющего связь между напряженностью и потенциалом электрического поля, следует формула для вычисления потенциала поля:

где интегрирование производится вдоль силовой линии поля; С – произвольная постоянная, с точностью до которой определяется потенциал электрического поля.

Если направление поля совпадает с направлением радиус–вектора (), то вычисления можно производить по формуле:

.

Рассмотрим ряд примеров на применение этой формулы.

Пример1. Потенциал поля точечного заряда (рис.2.13).

Рис.2.13. При полагают, что , тогда .

Таким образом, потенциал поля точечного заряда определяется по формуле:

Пример 2. Потенциал поля металлического заряженного шара.

а) Изолированный шар (рис.2.14).

при , т.е. внутри шара = const.

Рис2.14.

Вне шара .

При φ = 0, следовательно, С = 0.

- вне шара.

Для определения используем свойство непрерывности потенциала: при переходе через границу поверхности шара, потенциал не претерпевает скачка. Полагая в последней формуле r =R, находим:

- внутри шара.

б) Заземленный шар (рис.2.15).

.

При , то есть - вне шара.

Рис.2.15. Внутри шара φ(r ≤ 0) = φ₀ = 0.

Разность потенциалов U (рис.2.16) двух точек на силовой линии электрического поля заряженного шара определяется по формуле:

.

Рис.2.16.

Пример 3. Потенциал поля заряженной нити (рис.2.17).

При :

Рис.2.17.

Разность потенциалов U (рис.2.17) двух точек на силовой линии поля заряженной нити:

Пример 4. Потенциал поля заряженной плоскости (2.18).

Рис.2.18.

Разность потенциалов U (рис.2.18) двух точек на силовой линии поля заряженной плоскости:

.

Лекция 3 Электростатическое поле в диэлектриках.

1.10. Поляризация диэлектриков. Свободные и связанные заряды. Основные виды поляризации диэлектриков.

Явление возникновения электрических зарядов на поверхности диэлектриков в электрическом поле называется поляризацией. Возникающие при этом заряды – поляризационными (рис.3.1).

Рис.3.1. Поляризация диэлектрика.

В проводниках (например, металлах) имеются свободные заряды, которые можно разделить (рис.3.2).

Рис.3.2. Разделение свободных зарядов в металле.

В диэлектриках заряды смещаются лишь в пределах отдельных молекул, поэтому их разделить нельзя (рис.3.3). Такие заряды называются связанными.

Рис.3.3. Связанные заряды разделить нельзя.

Различают следующие основные виды поляризации диэлектриков.

1) Ориентационная поляризация (полярные диэлектрики).

Молекулы таких веществ уже в начальном состоянии имеют собственный дипольный электрический момент (рис.3.4).

Рис.3.4. Полярная молекула воды.

Электрическим диполем называется система двух связанных между собой равных по величине и противоположных по знаку точечных зарядов. Величина - называется электрическим моментом диполя, - плечо диполя – вектор, направленный от отрицательного заряда к положительному.

В электрическом поле на диполь действует пара сил (рис.3.5), вследствие чего диполь устанавливается (ориентируется) вдоль силовых линий поля.

- момент пары сил, действующий на диполь в электрическом поле.

Рис.3.5. Диполь в электрическом поле.