Конспект лекций по физике для довузовской подготовки москва -2014
жүктеу/скачать 1,26 Mb. Pdf көрінісі
|
Конспект лекций по физике
- Бұл бет үшін навигация:
- Электрическая
- Электростатика
- 6.2. Закон Кулона . Напряженность и потенциал
| Электрическая
составляющая такого поля связана с самим фактом присутствия заряженной частицы ( источника ) в рассматри - ваемой области пространства , магнитная – с ее движением . Любое заряженное тело можно представить как совокупность заряженных частиц , создающих общее электромагнитное поле . Электростатика – раздел электродинамики , в котором рас - сматривается взаимодействие неподвижных электрических зарядов ( через электростатическое поле ). Конечно , такой подход является не - которым приближением , так как заряды – неподвижные относительно одной системы отсчета , всегда движутся относительно какой - либо другой ( достаточно вспомнить , что Земля вращается ). Однако , такой подход удобен тем , что можно не учитывать магнитное поле . Различают два типа электрических зарядов , условно назван - ные положительными и отрицательными . Носителями электриче - ских зарядов являются элементарные частицы , в частности частицы , которые входят в состав атомов : электрон ( отрицательный заряд ) и протон ( положительный заряд ). Электрону и протону присущи наи - меньшие неделимые заряды , их называют элементарными (+ е – для протона , – е – для электрона ). Единицей измерения заряда в СИ явля - ется кулон (1 Кл =6.25 10 18 е ). Элементарный заряд е по модулю равен (1,6021892 0,0000046) 10 -19 Кл или приближенно 1,6 10 -19 Кл . Тело бу - Конспект лекций 82 дет заряженным , если имеет неодинаковое число положительных и отрицательных элементарных зарядов . Тем не менее , обратите вни - мание на закон сохранения электрического заряда , который гласит , в электрически изолированной системе ( отсутствует обмен элек - трически заряженными частицами с окружающей средой ) алгебраи - ческая сумма электрических зарядов остается постоянной . Установлено , что взаимодействие одноименно заряженных частиц ( тел ) имеет характер отталкивания , а заряженных разноименно – притяжения . 6.2. Закон Кулона . Напряженность и потенциал электрического поля . Силовые линии Взаимодействие заряженных тел регламентирует закон Ку - лона , установленный французским физиком Ш . Кулоном опытным путем с помощью изобретенных им крутильных весов в 1785 году : в вакууме сила взаимодействия между двумя точечными неподвиж - ными зарядами пропорциональна произведению этих зарядов , обрат - но пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль прямой , соединяющей эти заряды , то есть F = k 2 2 1 r q q , (6.1) где в СИ коэффициент пропорциональности k=9 10 9 2 Кл м Н 2 Окружающая среда влияет на взаимодействие зарядов : вели - чина , которая показывает , во сколько раз сила взаимодействия ме - жду электрическими зарядами в данной среде меньше , чем в вакууме , называется диэлектрической проницаемостью среды ( ), напри - мер , для воздуха =1,0006, для воды =81 и т . д . ( существуют специ - альные таблицы ). Закон Кулона для точечных зарядов , погруженных в жидкий и газообразный диэлектрик , имеет вид F = k 2 2 1 r q q , (6.2) В . А . Никитенко , А . П . Прунцев 83 Знак силы в уравнениях (6.1, 6.2) показывает ее направление от - носительно взаимодействующих зарядов , минус – заряды притягивают - ся , плюс – отталкиваются . Обычно рассчитывают модуль силы взаимо - действия , в этом случае соотношение (6.2) переписывается в виде : F = k 2 2 1 r q q , (6.3) Во многих задачах используют рационализированную форму записи закона Кулона F = 2 0 2 1 r 4 q q , (6.4) где 0 = k 4 1 =8,85 10 -12 2 м Н 2 Кл =8,85 10 -12 м ф и называется электриче - ской постоянной . Если взаимодействуют заряженные тела , размерами которых нельзя пренебречь по сравнению с расстоянием между ними ( неточеч - ные ), то для нахождения силы их взаимодействия , эти тела мысленно разбивают на малые заряженные элементы ( которые можно считать то - чечными ) и рассчитывают кулоновские силы взаимодействия каждой пары зарядов , затем проводят векторное сложение этих сил . Количественной характеристикой силового действия электри - ческого поля на заряженные объекты служит векторная величина Е – напряженность электрического поля , которая равна силе , дейст - вующей на единичный положительный точечный заряд , помещенный в данную точку поля и которая направлена в сторону действия ре - зультирующей сил , приложенных к заряду . Если на точечный заряд q+ ( положительный ) в некоторой точке поля действует сила F , то на - пряженность электрического поля в этой точке Е = q F . (6.5) Конспект лекций 84 Единицей измерения напряженности электрического поля в СИ является Н / Кл , или , как увидим в дальнейшем В / м , общепринятой является вольт на метр . В случае создания элек - трического поля точечным заря - дом q , его напряженность в точке N ( см . рис . 6.1) определяется со - гласно (6.2), как Е = k 3 r q r , (6.6) где r – радиус - вектор , проведенный в рассматриваемую точку N из точки , где находится заряд q , создающий поле . Модуль вектора напряженности поля точечного заряда рас - считывается по формуле Е = k 2 0 2 r 4 q r q . (6.7) Если электрическое поле создают несколько точечных источ - ников (n), то его результирующая напряженность рассчитывается по принципу суперпозиции полей : Е = i n 1 Е i . (6.8) Электрическое поле принято изображать с помощью линий напряженности . Это линии , касательные к которым в каждой точ - ке совпадают с направлением вектора Е в данной точке , а их густо - та пропорциональна модулю вектора Е в данном месте поля . Примеры ( рис . 6.2): q r N E q E N Рис . 6.1. + – В . А . Никитенко , А . П . Прунцев 85 Электрическое поле , напряженность которого во всех точ - ках одинакова по модулю и направлению , называется однородным . Его , например , могут создать две разноименно заряженные плоские пластины ( рис . 6.2, г ). Из соображений симметрии понятно , что равномерно заря - женная сфера вне себя создает электрическое поле , аналогичное полю точечного заряда той же величины , что и заряд сферы q, если этот заряд поместить в центр сферы ( рис . 6.3). Таким образом , формула (6.7) позволяет вычислить модуль вектора напряженности Е в любой точке вне равномерно заряжен - ной сферы . Силы электростатического поля являются консервативными . Как известно , тело , помещенное в консервативное поле сил , обладает потенциальной энергией , которая определяется с точностью до опре - деленной постоянной величины . Энергия вносимого в поле заряда отсчитывается от бесконеч - ности , то есть за границей действия электростатического поля , где принимается равной нулю . Энергетической характеристикой электро - статического поля является потенциал . + + + + + – – – – – жүктеу/скачать 1,26 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|