Электрическое поле точечного заряда(уч.10кл.Стр.363-365, 366-368)
Напряженность электростатического поля (см.выше уч.10кл.стр.363-365)
Линии напряженности электростатического поля (см.выше)
Линии напряженности поля единичного заряда (положительного и отрицательного)
Сгущение линий напряженности поля (см.выше)
Понятие однородного электрического поля (см.выше)
Напряженность электрического поля сферы (см.ниже уч.10кл.стр.374)
Потенциальность электростатического поля(уч.10кл.Стр.378-381)
Аналогия движение частицы в гравитационном и электростатическом полях
Работа сил электростатического поля при перемещении частицы в нем
Потенциальность электростатического поля.
Обозначение потенциальной энергии электростатического поля
Потенциальная энергия взаимодействия точечных зарядов. Формула(уч.10кл.стр.380)
Знаки в выражении для энергии взаимодействия поля и их физический смысл
Работа в гравитационном поле Ag = mgh
Работа в электростатическом поле Aq = Fkh = qEh
Движение частицы в гравитационном поле аналогично ее движения в электростатическом. В первом случае фигурирует сила mg, во втором – кулоновская сила qE
Силы гравитационного и электростатического полей зависят от 1/r2 и направлены по прямой соединяющей тела.
Fg = G
F-q =
При перемещении заряда действующая на него со стороны поля сила совершает работу.
Поэтому можно утверждать, что заряженное тело в электрическом поле обладает энергией.
Найдем потенциальную энергию по перемещению заряда в однородном электрическом поле. Однородное поле создают, например, большие металлические пластины, имеющие заряды противоположного знака.
Такое поле действует на заряд с постоянной силой:
Вычислим работу поля при перемещении положительного заряда q из точки 1, находящейся на расстоянии d1 от пластины, в точку 2, расположенную на расстоянии d2< d1 от той же пластины. Точки 1 и 2 лежат на одной силовой линии.
На участке d = d1 – d2 электрическое поле совершит положительную работу:
A = qE (d1 – d2) = - (qEd1 – qEd2)
Эта работа не зависит от формы траектории.
Если работа не зависит от формы траектории, то она равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком:
A = - (Wp1 – Wp2) = - Wp
Сравнивая полученные выражения, видим, что потенциальная энергия заряда в однородном электростатическом поле:
Wp = qEd
На замкнутой траектории, когда заряд возвращается в начальную точку, работа поля равна нулю:
A = - Wp = - (Wp1 – Wp1) = 0
Работа сил электростатического поля при перемещении заряженной частицы из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории, а зависит лишь от начального и конечного положения частицы.
Электростатическое поле потенциально
Силы электростатического поля консервативны - их работа не зависит от траектории движения.
Работа сил электростатического поля равна разности потенциальных энергий заряженной частицы в начальном и конечном положениях:
A = Wp1 – Wp2
Физический смысл имеет не сама потенциальная энергия, а разность ее значений, определяемая работой поля при перемещении заряда из начального положения в конечное:
Wp = qEd1 – qEd2
Точка отсчета потенциальной энергии электростатического поля выбирается произвольно.(Обычно на бесконечности)
Обычно нуль отсчета потенциальной энергии выбирается на бесконечно большом расстоянии, где заряды практически не взаимодействуют друг с другом.
Если поле совершает положительную работу, то потенциальная энергия заряженного тела в поле уменьшается: Wp < 0. Одновременно, согласно закону сохранения энергии, растет его кинетическая энергия. (Это используется в ускорителях заряженных частиц)
И наоборот, если работа отрицательна (например при движении положительно заряженной частицы против напряженности поля), то Wp > 0. Потенциальная энергия растет, а кинетическая уменьшается. Частица тормозится.
По аналогии с гравитационным полем потенциальная энергия заряда (отрицательного заряда –q в поле положительного заряда +Q) составляет:
Ep = W = - G W-q = -
Потенциальная энергия положительного заряда +q, находящегося на расстоянии r от неподвижного заряда +Q, равна
W+q =
Знак минус в выражении для потенциальной энергии означает, что между зарядами действует сила притяжения.
Знак плюс – сила отталкивания.
Заряженные частицы в электростатическом поле обладают потенциальной энергией. При перемещении частицы из одной точки поля в другую электрическое поле совершает работу, не зависящую от формы траектории. Эта работа равна изменению потенциальной энергии, взятой со знаком «минус»