- •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
3,4) Електричне поле рівномірно зарядженої кулі.
Розглянемо кулю радіусом R рівномірно заряджену по об’єму з об’ємною густиною заряду
. (3.27)
Для рівномірного розподілу заряду можна вважати що
. (3.28)
Оскільки об’єм кулі рівний
, (3.29)
то підставивши (3.29) в (3.28) одержимо:
. (3.30)
Виберемо замкнену поверхню S у формі сфери радіусом r, центр якої співпадає з центром зарядженої кулі, як зображено на рис. 3.5. Розглянемо випадок коли , тобто визначимо напруженість електричного поля всередині зарядженої кулі. Запишемо теорему Остроградського-Гауса для випадку неперервного розподілу електричного заряду.
Рис.3.5
або
(3.32)
В даному випадку і , тому
. (3.33)
Виходячи з міркувань симетрії випливає, що величина Е за модулем постійна у всіх точках сферичної поверхні S, тому винесемо Е за знак інтегралу:
. (3.34)
У формулі (3.34) інтеграл по замкненій поверхні рівний площі сферичної поверхні радіусом r а інтеграл по об’єму V рівний об’єму цієї ж сферичної поверхні, тому
, (3.35)
. (3.36)
Підставимо вирази (3.30), (3.35) і (3.36) у формулу (3.34):
. (3.37)
О
Рис.3.6
Розглянемо випадок коли , тобто визначимо напруженість електричного поля ззовні зарядженої кулі (рис. 3.6). Запишемо теорему Остроградського-Гауса.
(3.38)
або
. (3.39)
Оскільки вектори і мають однаковий напрямок то . Виходячи з міркувань симетрії можна стверджувати, що модуль Е однаковий в усіх точках поверхні S. Врахуємо також, що поверхня S охоплює кулю з зарядом q, тоді вираз (3.39) набере вигляду:
. (3.40)
Підставимо (3.35) в (3.40):
Рис.3.7.
Із формули (3.41) випливає, що ззовні зарядженої кулі напруженість електричного поля, так само як і для точкового заряду, обернено пропорційна квадратові відстані від центру кулі до даної точки простору.
На рис. 3.7 зображено залежність напруженості електричного поля Е від відстані r .
5) Електричне поле нескінченої рівномірно зарядженої прямої.
Р
Рис.3.8.
. (3.42)
Лінійною густиною електричного заряду називається фізична величина рівна електричному зарядові одиниці довжини лінії вздовж якої він розподілений. У випадку рівномірного розподілу електричного заряду
, (3.43)
де – електричний заряд який розподілений вздовж лінії довжиною .
В якості замкненої поверхні виберемо циліндричну поверхню радіусом r, висотою , вісь якої співпадає із зарядженою прямою, як зображено на рис. 3.8. Застосуємо теорему Остроградського-Гауса:
. (3.44)
Інтеграл по замкненій поверхні S запишемо як суму трьох інтегралів: по бічній поверхні, по першій і другій основах. Сумарний заряд, який охоплений поверхнею S, рівний зарядові на ділянці прямої довжиною . Із формули (3.43) цей заряд рівний:
. (3.45)
Підставимо (3.45) в (3.44):
Оскільки і , то одержимо:
.
З міркувань симетрії випливає, що модуль Е є однаковим в усіх точках бічної поверхні. Тому винесемо Е за знак інтегралу:
. (3.46)
Інтеграл по бічній поверхні рівний площі цієї поверхні:
. (3.47)
Підставимо (3.47) у (3.46):
. (3.48)
З цієї формули випливає, що напруженість електричного поля, створеного нескінченою рівномірно зарядженою прямою обернено пропорційна до відстані між даною точкою простору і прямою. Ця формула справедлива також для нескінченого прямого рівномірно зарядженого циліндра.