Билет 1

Элементарный заряд. Закон сохранения заряда.

Электрический заряд – это физическая величина характеризующая способность частицы вступать в электромагнитное взаимодействие и определяет их интенсивность. [q]=Кл. Кулон экспериментально установил, что сила взаимодействия двух точечных либо сферических зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению величин зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между их центрами.

Закон сохранения электрического заряда гласит, что алгебраическая сумма зарядов электрически замкнутой системы сохраняется

q1+q2+q3+…+qn = const

Точечным зарядом принято называть заряж. тело розмера которого малы по сравнению с расст. до точки исследования.

Одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются.

Билет 2

Закон Кулона.

Сила взаимодействия междуточечными неподвиж зарядами

q₁ и q₂ прямопропорцианальны величине этих зарядов и обратнопропорц. расст. между ними.

F=k((q₁q₂)/r²

k=1/4₀ ₀=8,8510^-12 Ф/M

₀ - фундоментальная газовая постоянная назв газовой постоянной.

k=9109 M/Ф

Зак. Куллона (в другом виде)

F=(1/4₀)q₁q₂r²

вакуум =1

F=(1/4₀)q₁q₂r²

для среды 1

Если точечн. заряд поместитьв однородн. безгранич.среду куллоновская сила уменьшится в раз по сравнению с вакуумом. - диэлектр. проницаемость среды.

У любой среды кроме вакуума >1.

Зак. Куллона в векторной форме.

Для этого воспользуемся единичным ортом по направлению вдоль расстояния между двумя зарядами.

e_r=r/r r =e_rr

F=(1/4₀)q₁q₂r)r³ векторная форма

В Си - сист единица заряда 1Кл=1Ас

1Куллон - это заряд, протекаемый за 1 с через все поперечное сечение проводника, по которому течет

то А с силой 1А.

Зак.Куллона может быть применен для тел значительных размеров если их разбить

на точечные заряды.

Кулл. силы - центральные, т.е.

они направлены по линии соед.

центр зарядов.

Зак. Куллона справедлив для очень больших расстояний до десятков километров. При уменьш. расст. до 10^-15 м справедлив, при меньших несправедлив.

Билет 3. Электрическое поле. Напряженность поля.

Напряжённость электрического поля – это его силовая характеристика. Это сила действующая на единичный пробный заряд помещённый в данную точку пространства.

.

Напряженность поля точ.заряда в вакууме E=Q\(4пε₀r²)Если поле создается + зарядом то вектор Е направлен вдоль радиус–вектора от заряда во внешнее пространство;если поле создается – зарядом, то вектор Е напрвлен к заряду.1 Н\Кл

Напряжённость направлена от положительных зарядов к отрицательным зарядам.

Принцип суперпозиции полей следует из линейности электрического поля.

, где – поле системы зарядов, - поле создаваемое первым зарядом.

Пример:

Билет 4 Линии напряженности. Поток вектора напряженности

Силовые линии электрического поля – это линии касательные к которым направлены так, как направлены вектора напряжённости в данной точке.

Поток – величина характеризующая количество силовых линий пересекающих поверхность в заданном направлении.

, где

, где - нормальная составляющая электрического поля.

Полный поток:

Билет 5 Теорема Гаусса и ее применение к расчету напряженности полей.

Полный поток электрического поля через замкнутую поверхность прямо пропорционален сумме электрических зарядов заключённых внутри этой поверхности.

1.Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости. Бесконечная плоскость заряжена с постоянной поверхностной плоскостью +σ.по т Гаусса 2ЕS=σS\ε₀ => Е=σ/(2ε₀) из формулы вытекает, что Е не зависит от длины цилиндра, т.е поле равномерно заряженной плоскости однородно.

2.поле двух бесконечных параллельных разноименно заряженных плоскостей с поверхностной плотностью + σ и -σ. Е= σ/ ε₀ –это в области между плоскостями, а вне Е=0.

3. Поле равномерно заряженной сферической поверхности с поверх. плотностью + σ. Е=(1\4πε₀)*Q/ r² (r>=R). R-радиус сферы, Q-общий заряд, r- радиус воображаемой сферы.

4. поле объемно заряженного шара. шар радиуса R c общим зарядом Q заряжен равномерно с объемной плотностью ρ (ρ=dQ\dV) Е=(1\4πε₀ ) * Q\R³ *r' (r'<=R), r'-радиус внутри шара.

5.поле равномерно заряженного бесконечного цилиндра (нити).Бесконечный цилиндр радиуса R заряжен равномерно с линейной плотностью τ. Е=(1\2πε₀) * τ\r (r>=R) где r- радиус коаксиального цилиндра.

Билет 6. Работа сил электрического поля по перемещению заряда.

Введём потенциальную энергию: , где х=0 на « -

Работа совершается за счёт изменения потенциальной энергии.

Работа силы F при перемещении заряда Q₀ из точки 1 в точку 2 она не зависит от траектории перемещения, а определяется только положениями начальной 1 и конечной 2 точек. Следовательно электростатическое поле точеченого заряда является потенциальным, а электростатические силы –консервативные.работа совершаемая при перемещении электрического заряда во внешнем электростатическом поле по любому замкнутому пути равна 0.

Билет7. Потенциальный характер электростатического поля.

В механике взаимное действие тел друг на друга характеризуют силой и потенциальной энергией. Электростатическое поле, осуществляющее взаимодействие между зарядами, также характеризуют двумя величинами. Напряженность поля - это силовая характеристика. Теперь введем энергетическую характеристику - потенциал.

Потенциал поля. Работа любого электростатического поля при перемещении в нем заряженного тела из одной точки в другую также не зависит от формы траектории, как и работа однородного поля. На замкнутой траектории работа электростатического поля всегда равна нулю. Поля, обладающие таким свойством, называют потенциальными. Потенциальный характер, в частности, имеет электростатическое поле точечного заряда.

Работу потенциального поля можно выразить через изменение потенциальной энергии. Формула справедлива для любого электростатического поля. Но только в случае однородного поля потенциальная энергия выражается формулой (14.14).

Билет 8. Потенциал. Потенциал точечного заряда, системы точечных зарядов.

Потенциальная энергия заряда в электростатическом поле пропорциональна заряду. Это справедливо как для однородного поля (см. формулу (14.14)), так и для неоднородного. Следовательно, отношение потенциальной энергии к заряду не зависит от помещенного в поле заряда.

Это позволяет ввести новую количественную характеристику поля - потенциал, не зависящую от заряда, помещенного в поле.

Для определения значения потенциальной энергии, как мы знаем, необходимо выбрать нулевой уровень ее отсчета. При определении потенциала поля, созданного системой зарядов, предполагается, что потенциал в бесконечно удаленной точке поля равен нулю.

Потенциалом точки электростатического поля называют отношение потенциальной энергии заряда, помещенного в данную точку, к этому заряду.

Согласно данному определению потенциал равен:

• Потенциал поля.

Потенциальная энергия заряда Q₀ в поле заряда Q на расстоянии r

U=(1\4πε₀)*Q\r Если поле создано системой точечных зарядов то энергия заряда Q₀ равна сумме его потенциальных энергий создаваемых каждым зарядом в отдельности.

Потенциал в какой либо точке эл.стат. поля есть физическая величина, определяемая потенциальной энергией положительного заряда, помещённого в эту точку.

Разность потенциалов двух точек равна работе при перемещении единичного положительного заряда из точки 1 в точку 2.

Билет 9 Потенциал диполя. Эквипотенциальные поверхности

Вблизи любого геометрического тела (заряженного) всегда можно определить совокупность точек, потенциалы которых одинаковы. Естественно, основной такой совокупностью точек является поверхность заряженного тела. Вдали от поверхности тела совокупностей точек с равным потенциалом может быть сколь угодно много. В трехмерном пространстве такая совокупность точек называется эквипотенциальной поверхностью. Но на плоскости это отобразить сложно.

Работа по перемещению заряда вдоль эквипотенциальной линии численно равна 0.

A = q * = F*r

Билет 10 Связь напряжённости и потенциала.

Вектор

Е=-(dφ\dx*i+dφ\dy*j+dφ\dz*k),где i,j,k единичные векторы координатных осей х,y,z.

Знак минус определяется тем, что вектор напряженности Е направлен в сторону убывания потенциала. Эквипотенциальные поверхности-поверхности, во всех точках которых потенциал имеет одно и тоже значение.

При перемещении по эквипотенциальной поверхности работа не совершается т.к силовые линии электрического поля всегда перпендикулярны к эквипотенциальной поверхности.

Самостоятельный и не самостоятельный разряд.

Прохождение тока через газы получило название разрядов в газах. Различают самостоятельные и несамостоятельные разряды. Несамостоятельный разряд может происходить лишь при наличии, какого либо ионизирующего воздействия на газовый промежуток между электродами в камере. Вольтамперная характеристика ( ) для несамостоятельного разряда при постоянной мощности ионизатора:

ОА – электрическое сопротивление газового промежутка const.

АВ – температура возрастания силы тока постепенно уменьшается, что предшествует явления насыщения.

СD – очень резкий рост плотности тока, указывает на появление новых свободных носителей заряда в газовом промежутке.

Самостоятельный разряд – это разряд, который сам создаёт свободные заряды. Напряжение, при котором возникает самостоятельный разряд называется напряжением зажигания газового разряда.