Презентация на тему: Ф И З И К А л е к ц и я 5 1

Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Электрическое поле -
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Элементарный заряд – минимальный заряд, которым обладают элементарные частицы ( q ). Электрон имеет наименьший существующий в природе отрицательный
Электрические заряды могут быть распределены в пространстве как дискретно, так и непрерывно - вдоль некоторой линии, по поверхности, в некотором объеме. В этих
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Свойства электрических зарядов
Закон сохранения электрического заряда
Закон Кулона
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Принцип суперпозиции
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Силы кулоновского взаимодействия подчиняются принципу суперпозиции :
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Основными характеристиками электростатического поля являются напряженность и потенциал 1. Силовая - (Е )напряженность электрического поля 2. Энергетическая - (
Напряженность электростатического поля
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Для характеристики электрического поля в различных средах наряду с вектором напряженности электрического поля Е вводится величина – электрическое смещение
Напряженность поля точечного заряда.
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Принцип суперпозиции
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Силовые линии электрического поля
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Поток вектора напряженности электрического поля точечного заряда через произвольную поверхность S, окружающую заряд.
Поток вектора  – величина алгебраическая. Знак потока зависит от выбора направления нормалей к элементарным площадкам dS, на которые разбивается поверхность S.
Тогда поток через площадку dS будет положительным, если угол α  -  острый   и линии напряженности выходят из объема ограниченного поверхностью. Если же угол α
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Т Теорема Гаусса устанавливает связь между потоком вектора напряженности через произвольную замкнутую поверхность и суммарным электрическим зарядом,
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Если поле создано системой зарядов, то под  q  следует понимать алгебраическую сумму зарядов, охватываемых поверхностью S: В случае, когда заряды, охватываемые
При использовании теоремы Остроградского – Гаусса для расчета электростатических полей нужно:
Рассмотрим в ычисление напряженностей электрических полей с помощью теоремы Остроградского-Гаусса
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
. Для определенности заряд плоскости будем считать положительным. Найдём поле на расстоянии r от плоскости.
*Электрическое поле бесконечной равно- мерно заряженной плоскости симметрично относительно её поверхности.
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
2. Поле бесконечной, равномерно заряженной, прямой нити
В качестве гауссовой поверхности следует выбирать замкнутую цилиндрическую поверхность радиусом r и высотой h, коаксиальную с нитью
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Теорема Остроградского – Гаусса для электрического смещения
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Работа сил электростатического поля.
Пусть точечный заряд q'  перемещается по по произвольному пути  S 12 из положения ния  r 1, в положение  r 2 в поле, созданном зарядом  q. Элементарная работа,
Электростатическое поле обладает важным свойством:
Силовые поля, обладающие этим свойством, называют потенциальными
Циркуляция вектора напряженности электростатического поля.
В теории физических полей существует общий принцип:
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Потенциал электрического поля
Поэтому потенциальная энергия точечного заряда q, помещённого в точку поля с потенциалом φ равна
Принцип суперпозиции полей
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
 φ - разность потенциалов двух точек
Потенциал – величина алгебраическая, может быть положительным и отрицательным
разность потенциалов –  работа электростатических сил по перемещению единичного положительного заряда из одной точки в другую  φ=
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
В Международной системе единиц (СИ) единицей потенциала является вольт (В). 1 В = 1 Дж / 1 Кл.
Эквипотенциальные поверхности
Эквипотенциальная поверхность- это
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Связь между напряженностью и потенциалом
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Потенциал поля положительного заряда уменьшается при удалении от заряда, а потенциал поля отрицательного заряда увеличивается.
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Таким образом, эквипотенциальные поверхности в данном случае - концентрические сферы и линии напряженности в случае точечного заряда  перпендикулярны
Работа электрического поля по перемещению электрического заряда вдоль эквипотенциальной поверхност и равна т.к. поверхность эквипотенциальная,то где угол α –
Эквипотенциальных поверхностей вокруг каждого заряда и каждой системы зарядов можно провест и бесчисленное множество. Однако их обычно проводят так, чтобы
Ф И З И К А л е к ц и я 5 1
Электроемкость
За единицу электроемкости принимается фарад, [ C] = Ф.
* емкость плоского конденсатора с площадью обкладки S и расстоянием d между обкладками C пл = ε 0 ε S|d
Проводники в электростатическом поле
Первое условие означает, что потенциал внутри проводника должен быть постоянным. Из второго условия следует, что в случае равновесия зарядов поверхность
На больших расстояниях от заряженного проводника любой формы эквипотенциальные поверхности имеют характерную для поля точечного заряда форму сферы
Индуцированные заряды располагаются на внешней поверхности проводника.
Энергия электрического поля
1/100
Средняя оценка: 4.7/5 (всего оценок: 10)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (5485 Кб)
1

Первый слайд презентации

Ф И З И К А л е к ц и я 5 1

Изображение слайда
2

Слайд 2

Э л е к т р о д и н а м и к а 2 Раздел физики в котором изучается электромагнитное взаимодействие заряженных тел. Изучаются электрические и магнитные поля, создаваемые электрическими зарядами и токами

Изображение слайда
3

Слайд 3

3

Изображение слайда
4

Слайд 4

Электростатика – раздел электродинамики, изучающий взаимодействие неподвижных зарядов. E=const 4

Изображение слайда
5

Слайд 5: Электрическое поле -

особая форма существования материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между покоящимися или движущимися электрическими зарядами. Все тела в природе можно разделить на проводники ( металлы), диэлектрики (спирт, стекло, дист. вода), полупроводники ( германий). 5

Изображение слайда
6

Слайд 6

Электрический заряд физическая величина, которая характеризует свойство тел или частиц вступать в электромагнитные взаимодействия и определяющая значения сил и энергий при таких взаимодействиях. В Международной системе СИ за единицу заряда принят кулон (Кл)-заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока в 1А 6

Изображение слайда
7

Слайд 7

7

Изображение слайда
8

Слайд 8: Элементарный заряд – минимальный заряд, которым обладают элементарные частицы ( q ). Электрон имеет наименьший существующий в природе отрицательный электрический заряд: g = e = - 1,6 • 10 -19 Кл Протон и позитрон (античастица электрона) имеет наименьший положительный электрический заряд: g = 1,6 • 10 -19 Кл Точечный заряд - заряд сосредоточенный на теле, линейные размеры которого значительно меньше расстояния до других заряженных тел. Пробный заряд- небольшой по величине положительный точечный заряд, используемый для обнаружения и исследования электростатического поля, q о

8

Изображение слайда
9

Слайд 9: Электрические заряды могут быть распределены в пространстве как дискретно, так и непрерывно - вдоль некоторой линии, по поверхности, в некотором объеме. В этих случаях вводятся понятия: 1. линейная плотность зарядов  = dq /dl, которая равна заряду q, приходящемуся на длины тела l, 2. noверxнocтная плотность зарядов  = dq / dS равная заряду q, на единицу площади поверхности S 3. объемная плотность зарядов  = dq / dV, которая равна заряду q, приходящемуся на единицу объема V

9

Изображение слайда
10

Слайд 10

Q- общий электрический заряд любого тела - алгебраическая сумма всех электрических зарядов, находящихся в этом теле. Q=Ne Величина заряда, или количество электричества, - избыток электрических зарядов одного знака в каком-либо теле. 10

Изображение слайда
11

Слайд 11: Свойства электрических зарядов

Электрический заряд cуществует в двух видах: 1. Электрический заряд и н в а р и а н т е н (его величина не зависит от системы отсчета, т. е. от того, движется он или покоится). 2. Электрический заряд д и с к р е т е н, т. е. заряд любого тела составляет целое кратное элементарного электрического заряда е. Q=Ne 3. Электрический заряд а д д и т и в е н (заряд любой системы частиц (тел) равен сумме зарядов частиц (тел ), входящих в систему). 4. Электрический заряд замкнутой системы тел п о с т о я н е н. 5. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные - притягиваются Положительный Отрицательный 11

Изображение слайда
12

Слайд 12: Закон сохранения электрического заряда

физический закон, в соответствии с которым в замкнутой системе взаимодействующих тел алгебраическая сумма электрических зарядов (полный электрический заряд) остается неизменной при всех взаимодействиях. Заряды могут появляться и исчезать только парами. В целом Вселенная нейтральна 12

Изображение слайда
13

Слайд 13: Закон Кулона

Дает возможность определить силу (кулоновского) взаимодействия между неподвижными заряженными телами. Справедлив только для точечных зарядов. Закон Кулона - основной закон электростатики, выражающий зависимость силы взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов от расстояния между ними. 13

Изображение слайда
14

Слайд 14

Два неподвижных точечных заряда в вакууме взаимодействуют с силой прямо пропорциональной произведению величин этих зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними и направлена вдоль соединяющей их прямой. Ԑ 0 = 8,85 10 -12 Ф/м – электрическая постоянная, Ԑ -диэлектрическая проницаемость среды, показывает, во сколько раз сила Взаимодействия между точечными зарядами В вакууме больше, чем в данной среде. 14

Изображение слайда
15

Слайд 15

В веществе ε ─ диэлектрическая проницаемость среды (безразмерная величина, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия в данной среде меньше чем в вакууме). Вещество ε Вода 81 Керосин 2 Масло 5 Эбонит 2,6 Слюда 7 15

Изображение слайда
16

Слайд 16: Принцип суперпозиции

Опыт показал: сила взаимодействия зарядов q 1 и q 2 не зависит от того, eсть ли вблизи третий заряд q. Сила взаимодействия любой пары из системы зарядов не зависит от присутствия других зарядов. 16

Изображение слайда
17

Слайд 17

17

Изображение слайда
18

Слайд 18: Силы кулоновского взаимодействия подчиняются принципу суперпозиции :

Если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других заряженных тел.

Изображение слайда
19

Слайд 19

Электрический заряд q вносит изменение в окружающее пространство. На заряды, внесенные в это пространство, действует сила. Вокруг любого заряда образуется и распространяется электрическое поле. 19

Изображение слайда
20

Слайд 20: Основными характеристиками электростатического поля являются напряженность и потенциал 1. Силовая - (Е )напряженность электрического поля 2. Энергетическая - ( ) потенциал

20 Основными характеристиками электростатического поля являются напряженность и потенциал 1. Силовая - (Е )напряженность электрического поля 2. Энергетическая - ( ) потенциал

Изображение слайда
21

Слайд 21: Напряженность электростатического поля

Каждое заряженное тело создает в окружающем пространстве электрическое поле. Взаимодействие заряженных тел осуществляется через электрические поля, окружающие заряженные тела. 21

Изображение слайда
22

Слайд 22

Электрическое поле, окружающее заряженное тело, можно исследовать с помощью так называемого пробного заряда – небольшого по величине положительного точечного заряда, который не вносит заметного перераспределения исследуемых зарядов. Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика - напряженность электрического поля.

Изображение слайда
23

Слайд 23

Напряженность электрического поля: - численно равна отношению силы, действующей на заряженную частицу, к ее заряду; - совпадает по направлению с силой, действующей на частицу с положительным зарядом. 23

Изображение слайда
24

Слайд 24

Направление вектора совпадает с направлением вектора силы, действующей на пробный заряд. Единица измерения напряженности электрического поля 1 Н / Кл = 1 В / м. 24

Изображение слайда
25

Слайд 25: Для характеристики электрического поля в различных средах наряду с вектором напряженности электрического поля Е вводится величина – электрическое смещение (электрическая индукция) D, которая связана с Е соотношением D= ε 0 ε E. Здесь ε - электрическая проницаемость вещества, характеризующая способность вещества создавать электрическое поле под действием внешнего электрического поля

25

Изображение слайда
26

Слайд 26: Напряженность поля точечного заряда

Напряженность электрического поля точечного заряда  q 1  в вакууме можно найти из закона Кулона Или в скалярном виде 26

Изображение слайда
27

Слайд 27

27

Изображение слайда
28

Слайд 28: Принцип суперпозиции

Если с помощью пробного заряда исследуется электрическое поле, создаваемое несколькими заряженными телами, то результирующая сила оказывается равной геометрической сумме сил, действующих на пробный заряд со стороны каждого заряженного тела в отдельности. Следовательно, напряженность электрического поля, создаваемого системой зарядов в данной точке пространства, равна векторной сумме напряженностей электрических полей, создаваемых в той же точке зарядами в отдельности: Это свойство электрического поля означает, что поле подчиняется принципу суперпозиции.

Изображение слайда
29

Слайд 29

Электрическое поле изображается на рисунке с помощью силовых и эквипотенциальных линий. 29

Изображение слайда
30

Слайд 30: Силовые линии электрического поля

Для наглядного представления электрического поля используют силовые линии. Эти линии проводятся так, чтобы направление вектора в каждой точке совпадало с направлением касательной к силовой линии. При изображении электрического поля с помощью силовых линий, их густота должна быть пропорциональна модулю вектора напряженности поля.

Изображение слайда
31

Слайд 31

Напряженность электрического поля векторная величина, характеризующая электрическое поле в заданной точке и определяющая силу, действующую на заряженную частицу в этой точке, со стороны электрического поля. 31

Изображение слайда
32

Слайд 32

В случае отдельного точечного заряда, линии напряженности выходят из положительного заряда и уходят в бесконечность, и из бесконечности входят в отрицательный заряд. то густота силовых линий обратно пропорциональна квадрату расстояния от заряда Т.к. 32

Изображение слайда
33

Слайд 33

33

Изображение слайда
34

Слайд 34

1. Силовые поля начинаются на положительных зарядах или в бесконечности и заканчиваются на отрицательных зарядах или в бесконечности. 2. Силовые линии электрического поля нигде не пересекаются. 3. Густота проведения силовых линий должна быть такой, чтобы число силовых линий через площадку 1м 2, расположенную перпендикулярно к каждой силовой линии, было численно равно значению модуля вектора напряженности в данной точке. 34 Свойства силовых линий электрического поля:

Изображение слайда
35

Слайд 35

35

Изображение слайда
36

Слайд 36

Если выделить площадку то напряженность изображенного поля будет равна 36

Изображение слайда
37

Слайд 37

Однородным называется электростатическое поле, во всех точках которого напряженность одинакова по величине и направлению. Однородное электростатическое поле изображается параллельными силовыми линиями на равном расстоянии друг от друга. 37

Изображение слайда
38

Слайд 38

Поток вектора напряженности электрического поля Ф Число силовых линий сквозь площадку S, перпендикулярную к ним, определяет поток вектора сквозь эту площадку. Рассмотрим поток вектора напряженности электрического поля Е сквозь элементарную площадку dS (ΔS) ( в пределах площадки dS – поле однородное) 38

Изображение слайда
39

Слайд 39

Поток вектора напряженности электрического поля через площадку dS – величина равная 39

Изображение слайда
40

Слайд 40

В однородном поле В произвольном электрическом поле 40

Изображение слайда
41

Слайд 41: Поток вектора напряженности электрического поля точечного заряда через произвольную поверхность S, окружающую заряд

Для произвольной поверхности площадью S Для произвольной замкнутой поверхности площадью S 41

Изображение слайда
42

Слайд 42: Поток вектора  – величина алгебраическая. Знак потока зависит от выбора направления нормалей к элементарным площадкам dS, на которые разбивается поверхность S

42

Изображение слайда
43

Слайд 43: Тогда поток через площадку dS будет положительным, если угол α  -  острый   и линии напряженности выходят из объема ограниченного поверхностью. Если же угол α – тупой , то поток через площадку dS отрицателен, а линии   входят в объем, ограниченный поверхностью S

43

Изображение слайда
44

Слайд 44

Только поле, создаваемое точечным зарядом, не зависит от формы заряда, его размеров. В реальных условиях они играют не последнюю роль. Теорема Остроградского – Гаусса 44

Изображение слайда
45

Слайд 45: Т Теорема Гаусса устанавливает связь между потоком вектора напряженности через произвольную замкнутую поверхность и суммарным электрическим зарядом, находящимся в объеме, ограниченном этой поверхностью

45

Изображение слайда
46

Слайд 46

Поток вектора напряженности электрического поля через произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов, охваченных этой поверхностью, деленной на диэлектрическую постоянную ε 0 ( ε 0 =8,85*10 -12 ф/м) 46

Изображение слайда
47

Слайд 47: Если поле создано системой зарядов, то под  q  следует понимать алгебраическую сумму зарядов, охватываемых поверхностью S: В случае, когда заряды, охватываемые поверхностью S, распределены непрерывно,  q  вычисляется:

47 где ρ, σ, τ – соответственно объёмная, поверхностная, линейная плотности зарядов

Изображение слайда
48

Слайд 48: При использовании теоремы Остроградского – Гаусса для расчета электростатических полей нужно:

выбрать замкнутую поверхность, удобную для данного случая и проходящую через рассматриваемую точку; 2. вычислить Ф Е через эту замкнутую поверхность; 3. вычислить алгебраическую сумму зарядов внутри выбранной замкнутой поверхности; 4. подставить полученные выражения в теорему и вывести формулу, по которой можно рассчитать напряженность электрического поля Е. 48

Изображение слайда
49

Слайд 49: Рассмотрим в ычисление напряженностей электрических полей с помощью теоремы Остроградского-Гаусса

49

Изображение слайда
50

Слайд 50

50 Теорема Остроградского – Гаусса является одной из самых важных в учении об электромагнитном поле, поскольку: 1) она устанавливает существование электрического заряда (отличие от нуля потока любого вектора через замкнутую поверхность означает наличие источника этого векторного поля); 2) в ней зафиксировано, что электрические заряды создают вокруг себя электрическое поле; 3) в ней отражено, что линии Ē прерывны, т.е. начинаются на положительных зарядах и кончаются на отрицательных; 4) в некоторых случаях она позволяет достаточно просто вычислить электрическое смещение D и напряженность Ē электрического поля зарядов.

Изображение слайда
51

Слайд 51

1. Поле бесконечной однородно заряженной плоскости Поверхностная плотность заряда на произвольной плоскости площадью S определяется по формуле: d q – заряд, сосредоточенный на площади d S ; d S – бесконечно малый участок поверхности. 51

Изображение слайда
52

Слайд 52: Для определенности заряд плоскости будем считать положительным. Найдём поле на расстоянии r от плоскости

52

Изображение слайда
53

Слайд 53: Электрическое поле бесконечной равно- мерно заряженной плоскости симметрично относительно её поверхности

Вследствие симметрии линии    идут в обе стороны от плоскости перпендикулярно к ней. Гауссовой поверхностью может служить поверхность цилиндра, образующие которого параллельны линиям поля, а основания S расположены на одинаковых расстояниях r от плоскости 53

Изображение слайда
54

Слайд 54

Суммарный поток через замкнутую поверхность (цилиндр) будет равен: Внутри поверхности заключен заряд. Следовательно, из теоремы Остроградского - Гаусса получим: откуда видно, что напряженность поля плоскости S равна: 54

Изображение слайда
55

Слайд 55: 2. Поле бесконечной, равномерно заряженной, прямой нити

Пусть – линейная плотность заряда нити. Будем считать заряд нити положительным. Найдём напряженность поля на расстоянии r от нити. 55

Изображение слайда
56

Слайд 56: В качестве гауссовой поверхности следует выбирать замкнутую цилиндрическую поверхность радиусом r и высотой h, коаксиальную с нитью

56 Поток   через эту поверхность складывается из потока через боковую поверхность и потоков через два основания цилиндра: Но потоки через основания цилиндра равны нулю, так как эти основания параллельны линиям . На боковой же поверхности цилиндра Е  dS, тогда

Изображение слайда
57

Слайд 57

Гауссова поверхность заключает в себе заряд По теореме Гаусса Тогда получим Напряженность поля, созданного заряженной нитью, убывает обратно пропорционально расстоянию от нее 57

Изображение слайда
58

Слайд 58: Теорема Остроградского – Гаусса для электрического смещения

Поток вектора электрического смещения через произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов, охваченных этой поверхностью. 58

Изображение слайда
59

Слайд 59

Электрическое смещение не зависит от свойств среды на границе двух диэлектриков. Силовые линии вектора прерываются, а силовые линии вектора – непрерывны. 59

Изображение слайда
60

Слайд 60

Работа сил электрического поля по перемещению заряда 60 На всякий заряд, находящийся в электрическом поле, действует сила, и поэтому при движении заряда в поле совершается определенная работа.

Изображение слайда
61

Слайд 61: Работа сил электростатического поля

61

Изображение слайда
62

Слайд 62: Пусть точечный заряд q'  перемещается по по произвольному пути  S 12 из положения ния  r 1, в положение  r 2 в поле, созданном зарядом  q. Элементарная работа, которая совершается при перемещении  q  на dl   вдоль траектории равна. Подставим модуль силы F из законаКулона и, проинтегрировав по r от r 1 до r 2, получим работу на на участке 1,2.. Поэтому

62

Изображение слайда
63

Слайд 63: Электростатическое поле обладает важным свойством:

1) Работа сил электростатического поля при перемещении заряда из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории, а определяется только положением начальной и конечной точек и величиной заряда. 2) Работа сил электростатического поля при перемещении заряда по любой замкнутой траектории равна нулю. 63

Изображение слайда
64

Слайд 64: Силовые поля, обладающие этим свойством, называют потенциальными

Интеграл называется циркуляцией вектора напряженности. Силовое поле, обладающим свойством, что циркуляция вектора напряженности по замкнутому контуру равна нулю, = 0 называется  потенциальным, т.е. линии напряженности электростатического поля не могут быть замкнутыми, они начинаются и заканчиваются на зарядах или уходят в бесконечность. 64

Изображение слайда
65

Слайд 65: Циркуляция вектора напряженности электростатического поля

Независимость работы сил электростатического поля от формы пути является признаком потенциальности этого поля. Это условие можно сформулировать несколько иначе, введя понятие о циркуляции вектора напряженности. Циркуляция вектора напряжённости электростатического поля равна нулю. 65

Изображение слайда
66

Слайд 66: В теории физических полей существует общий принцип:

если циркуляция вектора, служащего силовой характеристикой поля, равна нулю, то такое поле относится к классу потенциальных полей, а если эта циркуляция не равна нулю, то такое поле относится к классу вихревых полей. Таким образом, равенство нулю циркуляции вектора напряженности электростатического поля является признаком потенциальности этого поля. 66

Изображение слайда
67

Слайд 67

67 Рассчитаем работу сил однородного электростатического поля при перемещении положительного заряда q из точки A в точку B На заряд q, помещенный в однородное электрическое поле с напряженностью E, действует сила

Изображение слайда
68

Слайд 68

68 Работу поля можно рассчитать по формуле Δ r cos α =  AC = x 2  – x 1  = Δ x — проекция перемещения на силовую линию

Изображение слайда
69

Слайд 69

Рассмотрим перемещение заряда по траектории ACB . В этом случае работа однородного поля может быть представлена как сумма работ на участках AC и CB: На участке CB работа равна нулю, т.к. перемещение перпендикулярна силе. Работа поля такая же, как и при перемещении заряда по отрезку AB.

Изображение слайда
70

Слайд 70

70 Работа поля при перемещении заряда между точками AB по любой траектории будет находиться все по той же формуле.

Изображение слайда
71

Слайд 71: Потенциал электрического поля

скалярная физическая величина, которая характеризует энергетическое состояние поля в данной точке и равная потенциальной энергии, которой обладал бы единичный, точечный, положительный заряд, помещённый в эту точку: Потенциал электрического поля измеряется в вольтах. 71

Изображение слайда
72

Слайд 72: Поэтому потенциальная энергия точечного заряда q, помещённого в точку поля с потенциалом φ равна

72 Т.к. электростатические силы консервативны, то их работа равна убыли энергииперемещён- ного заряда из начальной точки в конечную. Потенциальная энергия заряда q, в точке (2) пространства, относительно фиксированной точки (1) равна работе A 21, которую совершит электрическое поле при перемещении заряда q из точки (2) в точку (1): W p1  = A 21.

Изображение слайда
73

Слайд 73: Принцип суперпозиции полей

Если поле создано несколькими зарядами, потенциал в любой точке равен алгебраической сумме потенциалов, созданных в этой точке каждым зарядом в отдельности (с учетом знаков потенциалов). 73

Изображение слайда
74

Слайд 74

Работа A 12 по перемещению электрического заряда q из начальной точки (1) в конечную точку (2) равна произведению заряда на разность потенциалов ( φ 1  – φ 2 ) начальной и конечной точек: A 12  = W p1  – W p2  = q φ 1  –  q φ 2  =  q( φ 1  – φ 2 ). Работа в 1 Эв -работа, совершаемая силами поля по перемещению заряда, равного заряду электрона e = - 1,6 • 10 -19 Кл при прохождении  φ =1В.

Изображение слайда
75

Слайд 75: φ - разность потенциалов двух точек

электростатического поля – это физическая скалярная величина, определяемая работой, совершаемой кулоновскими силами при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую. φ - потенциал – это работа по перемещению единичного положительного заряда из данной точки поля в бесконечность. 75

Изображение слайда
76

Слайд 76: Потенциал – величина алгебраическая, может быть положительным и отрицательным

Как и потенциальная энергия, потенциал определяется не однозначно, а с точностью до произвольной постоянной, зависящей от выбора нулевого уровня потенциала. Нулевой уровень потенциала, начало отчёта φ, может быть выбран в бесконечности, на поверхности Земли и, вообще говоря, где угодно, это определяется удобством расчетов. 76

Изображение слайда
77

Слайд 77: разность потенциалов –  работа электростатических сил по перемещению единичного положительного заряда из одной точки в другую  φ=

Потенциал –  работа электростатических сил по перемещению единичного положительного заряда из одной точки в бесконечность (, где φ= 0 ) 77

Изображение слайда
78

Слайд 78

Если поле создается точечным зарядом, то его потенциал определяется согласно формуле   . Из принципа суперпозиции напряженностей полей, создаваемых электрическими зарядами, следует принцип суперпозиции для потенциалов: φ = φ 1  + φ 2  + φ 3  + ... 78

Изображение слайда
79

Слайд 79: В Международной системе единиц (СИ) единицей потенциала является вольт (В). 1 В = 1 Дж / 1 Кл

79

Изображение слайда
80

Слайд 80: Эквипотенциальные поверхности

Потенциал φ поля точечного заряда q на расстоянии r от него относительно бесконечно удаленной точки вычисляется следующим образом: Для наглядного представления электрического поля наряду с силовыми линиями используют эквипотенциальные поверхности.

Изображение слайда
81

Слайд 81: Эквипотенциальная поверхность- это

поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковое значение. 81

Изображение слайда
82

Слайд 82

82 Свойства эквипотенциальных поверхностей: 1. Линии напряженности электростатичес- кого поля перпендикулярны эквипотенциаль-ным поверхностям. 2. Работа по перемещению заряда вдоль эквипотенциальной поверхности равна нулю. 3. Эквипотенциальные поверхности не пересекаются и замгнуты. 4. Эквипотенциальные поверхности строятся таким образом, чтобы разность потенциалов между соседними поверхностями была одинакова. Густота эквипотенциальных поверхностей пропорци- ональна величине напряженности электростатического поля.

Изображение слайда
83

Слайд 83: Связь между напряженностью и потенциалом

Рассмотрим в электростатическом поле две бесконечно близкие точки 1 и 2,  на оси X, г де  φ 1  = φ, φ 2  = φ + d φ 83 Связь между напряженностью и потенциалом

Изображение слайда
84

Слайд 84

84 При перемещении заряда q из точки a эквипотенциальной поверхности с потенциалом φ в точку b эквипотенци - альной поверхности с потенциалом ( φ+ d φ ) совершается работа, dA = q (φ- (φ+ d φ )),которую можно выразить через напряженность dA = q Е dr. Приравнивая эти два выражения для работы dA, получим Е=- d φ/ dr.

Изображение слайда
85

Слайд 85

Величина d φ/ dr характеризует быстроту изменения потенциала с расстоянием в направлении нормали к эквипотенци - альной поверхности и называется градиентом потенциала Е = - grad φ. Знак "-" показывает, что вектор напряженности направлен в сторону уменьшения потенциала. 85

Изображение слайда
86

Слайд 86

градиент потенциала – это вектор, направленный в сторону быстрейшего возрастания потенциала и численно равный приращению потенциала на единицу длины этогого направления 86

Изображение слайда
87

Слайд 87: Потенциал поля положительного заряда уменьшается при удалении от заряда, а потенциал поля отрицательного заряда увеличивается

Линии напряженности направлены в сторону убывания потенциала. 87

Изображение слайда
88

Слайд 88

Работа сил электрического поля при любом перемещении заряда по любой эквипотенциальной поверхности равна нулю. Линии напряженности электростатического поля перпендикулярны эквипотенциальной поверхности. 88

Изображение слайда
89

Слайд 89: Таким образом, эквипотенциальные поверхности в данном случае - концентрические сферы и линии напряженности в случае точечного заряда  перпендикулярны  эквипотенциальным поверхностям

89 .

Изображение слайда
90

Слайд 90: Работа электрического поля по перемещению электрического заряда вдоль эквипотенциальной поверхност и равна т.к. поверхность эквипотенциальная,то где угол α – угол между действующей электрической силой F и перемещением l (вдоль эквипотенциаль-ной поверхности)., следовательно линии напряженности всегда нормальны к эквипотенциальным поверхностям

90

Изображение слайда
91

Слайд 91: Эквипотенциальных поверхностей вокруг каждого заряда и каждой системы зарядов можно провест и бесчисленное множество. Однако их обычно проводят так, чтобы разности потенциалов между любыми двумя соседними эквипотенциальными поверхностями были одинаковы. Тогда густота эквипотенциальных поверхностей наглядно характеризует напряженность поля в разных точках. Там, где эти поверхности расположены гуще, напряженность поля больше

91

Изображение слайда
92

Слайд 92

92 Силовые линии электрического поля всегда перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям. Эквипотенциальные поверхности кулоновского поля точечного заряда – концентрические сферы. В случае однородного поля эквипотенциальные поверхности представляют собой систему параллельных плоскостей

Изображение слайда
93

Слайд 93: Электроемкость

потенциал уединенного проводника пропорционален находящемуся на нем заряду: q = C φ Коэффициент пропорциональности C, показывающий, какой по величине электрический заряд нужно сообщить проводнику, чтобы потенциал его поверхности равнялся 1В - называется электроемкостью уединенного проводника, С = q / φ. 93

Изображение слайда
94

Слайд 94: За единицу электроемкости принимается фарад, [ C] = Ф

Это емкость такого проводника, потенциал которого изменяется на 1 В при сообщении ему заряда в 1 Кл. Емкостью в 1 Ф обладал бы уединенный шар радиусом, в 1500 раз большим радиуса Земли. 94

Изображение слайда
95

Слайд 95: емкость плоского конденсатора с площадью обкладки S и расстоянием d между обкладками C пл = ε 0 ε S|d

* емкость шара радиусом R, погруженного в безграничный однородный и изотропный ди электрик с проницаемостью ε : C шара = 4 π ε 0 ε R. 95

Изображение слайда
96

Слайд 96: Проводники в электростатическом поле

Условия равновесия зарядов на проводнике 1) напряженность поля внутри проводника должна быть равна нулю: 2) напряженность поля на поверхности про- водника должна в каждой точке быть направлена по нормали к поверхности: Из условия  Е=0 ; так как , то φ =const. 96

Изображение слайда
97

Слайд 97: Первое условие означает, что потенциал внутри проводника должен быть постоянным. Из второго условия следует, что в случае равновесия зарядов поверхность проводника является эквипотенциальной

97

Изображение слайда
98

Слайд 98: На больших расстояниях от заряженного проводника любой формы эквипотенциальные поверхности имеют характерную для поля точечного заряда форму сферы

98 Плотность заряда растет с увеличением положительной кривизны (выпуклости) поверхности и убывает с увеличением отрицательной кривизны (вогнутости). Особенно велика бывает плотность заряда на остриях.

Изображение слайда
99

Слайд 99: Индуцированные заряды располагаются на внешней поверхности проводника

Если внутри проводника имеется полость, то при равновесном распределении индуцированных зарядов поле внутри нее равно нулю. На этом основывается электростатическая защита. Когда какой-то прибор хотят защитить от воздействия внешних полей, его окружают проводящим экраном. Внешнее поле внутри экрана компенсируется возникающими на его поверхности индуцированными зарядами. 99

Изображение слайда
100

Последний слайд презентации: Ф И З И К А л е к ц и я 5 1: Энергия электрического поля

Постоянные поля и обуславливающие их заряды не могут существовать независимо друг от друга. Энергия заряженного проводника локализована в окружающем его электростатическом поле и распределена в нем с различной объемной плотностью. w= dW / dV=E 2 ԑ 0 ԑ /2 =EDԑ 0 ԑ /2 = D 2 ԑ 0 ԑ /2 ԑ 0 ԑ 100

Изображение слайда