- •1)Електричний заряд. Електричне поле. Закон Кулона. Напруженість та індукція електричного поля. Принцип суперпозиції електричних полів
- •2)Потік вектора напруженості та індукції електричного поля. Теорема Остроградського-Гауса
- •3,4) Електричне поле рівномірно зарядженої кулі.
- •5) Електричне поле нескінченої рівномірно зарядженої прямої.
- •6)Електричне поле нескінченної рівномірно зарядженої площини.
- •7)Робота сил електричного поля. Теорема про циркуляцію вектора напруженості електричного поля. Потенціал
- •8)Потенціал поля рівномірно зарядженої кулі.
- •9)Потенціал поля нескінченної рівномірно зарядженої прямої
- •10)Потенціал поля нескінченої рівномірно зарядженої площини
- •11)Провідники в електричному полі. Електроємність відокремленого провідника
- •12) Конденсатори. Електроємність конденсатора. З’єднання конденсаторів
- •14)Електричний струм. Закон Ома для ділянки кола. Закон Ома в диференціальній формі
- •15)Робота і потужність струму. Закон Джоуля-Ленца
- •16)Магнітне поле і його характеристики. Дія магнітного поля на контур зі струмом. Принцип суперпозиції. Класифікація магнетиків
- •17)Закон Біо-Савара-Лапласа. Магнітне поле прямолінійного та колового струмів
- •19)Дія магнітного поля на струм; сила Ампера
- •20)Магнітний потік. Теорема Гауса для магнітного поля
- •21)Явище електромагнітної індукції. Закон Фарадея. Правило Ленца
- •22)Магнітне поле в речовині
1)Електричний заряд. Електричне поле. Закон Кулона. Напруженість та індукція електричного поля. Принцип суперпозиції електричних полів
Всі тіла в природі складаються з елементарних частинок, які можна розділити на три групи : частинки з позитивним електричним зарядом, частинки з негативним електричним зарядом і незаряджені або електронейтральні частинки. До позитивно заряджених елементарних частинок відносяться протони, до негативно заряджених – електрони. Їхні електричні заряди рівні за модулем і протилежні за знаком. Модуль електричного заряду протона чи електрона – це найменший заряд в природі, або елементарний заряд, який рівний . Вперше величину електричного заряду в 1909 р. експериментально визначив американський фізик Р.Мілікен.
Однойменні електричні заряди між собою відштовхуються, різнойменні – притягуються.
В 1785 році французький вчений Ш.Кулон експериментально встановив закон взаємодії нерухомих точкових електричних зарядів.
Закон Кулона: сила взаємодії двох точкових нерухомих електричних зарядів прямо пропорційна добуткові цих зарядів, обернено пропорційна квадратові відстані між ними і напрямлена вздовж прямої, яка сполучає ці заряди:
, (3.1)
де – радіус-вектор, проведений від заряду до заряду , – електрична стала, – діелектрична проникність середовища. Для вакууму . В скалярній формі закон Кулона можна представити у вигляді :
. (3.2)
Однією з основних одиниць в системі СІ, яка характеризує електричні явища, є одиниця сили струму 1А. Одиниця вимірювання електричного заряду 1Кл в системі одиниці СІ є похідною одиницею. Одиниця вимірювання електричного заряду 1Кл рівна електричному зарядові, який проходить через поперечний переріз провідника за 1с при силі постійного струму в провіднику 1А.
Електричні заряди взаємодіють між собою через особливу матеріальну субстанцію яка називається електричним полем. Для характеристики фізичних властивостей електричного поля введемо фізичну величину – напруженість електричного поля. Вмістимо в дану точку електричного поля позитивний точковий електричний заряд . З боку електричного поля на нього буде діяти деяка сила . Напруженістю електричного поля називається векторна фізична величина рівна силі з якою електричне поле діє на одиничний позитивний точковий заряд, вміщений в дану точку поля:
. (3.3)
Напруженість електричного поля створеного точковим електричним зарядом рівна:
. (3.4)
Модуль вектора напруженості електричного поля точкового заряду рівний:
. (3.5)
Напруженість електричного поля є силовою характеристикою поля. Одиницею вимірювання напруженості електричного поля в системі одиниць СІ є 1Н/Кл.
Якщо електричне поле створене системою нерухомих електричних зарядів, то напруженість результуючого електричного поля в кожній точці простору можна визначити згідно із принципом суперпозиції електричних полів: напруженість електричного поля створеного системою нерухомих електричних зарядів рівна векторній сумі напруженостей полів, створених кожним із зарядів зокрема:
. (3.6)
Для геометричного зображення електричного поля користуються силовими лініями або лініями напруженості електричного поля. Силовою лінією електричного поля називається така лінія, в кожній точці якої вектор напруженості є дотичним до самої лінії. На рис.3.2.а і 3.2.б зображено силові лінії точкових зарядів, а на рис.3.2.в і 3.2.г – системи різнойменних і однойменних точкових зарядів:
Г
Рис.3.2
Напруженість електричного поля, як це випливає із формул (3.4) і (3.5), залежить від діелектричних властивостей середовища, тобто від діелектричної проникності середовища . Тому введемо нову фізичну величину – індукцію електричного поля, яка не залежить від діелектричних властивостей середовища. Електричною індукцією (електричним зміщенням) називається векторна фізична величина, яка пропорційна до напруженості, не залежить від діелектричних властивостей середовища і визначається рівністю:
. (3.7)
Індукція електричного поля створеного точковим зарядом рівна:
. (3.8)
Модуль вектора індукції електричного поля точкового заряду рівний:
. (3.9)