- •Введение
- •Электромагнетизм
- •1. Электростатика
- •1.1. Электрический заряд
- •1.2. Закон Кулона
- •1.3. Напряженность электростатического поля
- •1.4. Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса
- •1.5. Потенциал. Разность потенциалов
- •1.6. Диэлектрики в электрическом поле
- •1.7. Проводники в электрическом поле
- •1.8. Электрическая емкость. Конденсаторы
- •Примеры решения задач
- •Контрольные вопросы и задания
- •2. Законы постоянного тока
- •2.1. Сила тока. Закон Ома
- •2.2. Последовательное и параллельное соединение проводников
- •2.3. Правила Кирхгофа
- •2.4. Действие электрического тока
- •Примеры решения задач
- •Контрольные вопросы и задания
- •3. Магнетизм
- •3.1. Магнитное поле. Опыт Ампера
- •3.2. Магнитная индукция
- •3.3. Закон Био-Савара-Лапласа
- •3.4. Силы Ампера и Лоренца
- •3.5. Магнитный поток. Теорема Гаусса и закон полного тока
- •3.6. Явление электромагнитной индукции
- •3.7. Явление самоиндукции
- •3.8. Энергия магнитного поля
- •Примеры решения задач
- •Контрольные вопросы и задания
- •4. Электромагнитные колебания
- •Примеры решения задач
- •Контрольные вопросы и задания
- •5. Уравнения Максвелла
- •5.1. Ток смещения
- •5.2. Уравнения Максвелла в интегральной форме
- •5.3. Уравнения Максвелла в дифференциальной форме
- •5.4. Свойства уравнений Максвелла
- •Примеры решения задач Задача 5.1.
- •Контрольные вопросы и задания
- •6.Основные понятия, законы и формулы
- •10. Температурная зависимость сопротивления
- •32. Мощность в цепи переменного тока
- •33.Уравнения Максвелла в интегральной форме
- •7. Задачи для самостоятельного решения
- •8. Пример научной проблемы и технического использования электростатики
- •8.1. Влияние дискретности распеделения заряда на электростатическое поле и его силовые характеристики
- •Справочные материалы
- •Удельное сопротивление, температурный коэффициент сопротивления (при 20,0)
- •Относительные диэлектрические проницаемости
- •Библиографический список учебной и научной литературы
- •Заключение
- •Предметный указатель
- •Содержание
1.5. Потенциал. Разность потенциалов
Потенциальная
энергия
взаимодействия двух точечных зарядов,
находящихся на расстоянии
![]()
.
Потенциал электрического поля является энергетической скалярной характеристикой электрического поля и равен отношению потенциальной энергии положительного пробного точечного заряда, помещенного в данную точку поля, к величине этого заряда:
,
где
– потенциальная
энергия заряда
,
помещенного в данную точку электрического
поля. Потенциальная энергия бесконечно
удаленной точки принимается равной
нулю. Единица потенциала – вольт (В):
1 В есть потенциал такой точки поля, в
которой заряд в 1 Кл обладает
потенциальной энергией 1 Дж.
Работа,
совершенная силами поля по перемещению
положительного
заряда
из точки 1 в точку 2:
или
,
где
‑ проекция вектора напряженности
на направление
;
при этом интегрирование производится
вдоль любой линии, соединяющей точки 1
и 2 (рис. 1.11).
Интегрирование можно производить вдоль любой линии, соединяющей начальную и конечную точки, так как работа сил электростатического поля не зависит от траектории перемещения.
Теперь
предположим, что заряд q0
перемещается из произвольной точки за
пределы поля (на бесконечность), где
потенциальная энергия, а значит и
потенциал, равны нулю, то работа сил
электростатического поля
,
откуда получим:
.
Данное выражение позволяет сформулировать еще одно определение потенциала. Потенциал – это физическая величина, определяемая работой по перемещению единичного положительного заряда при удалении его из данной точки пространства в бесконечность (потенциал бесконечно удаленной точки равен нулю).

Рис. 1.11. Работа сил поля при малом перемещении заряда q
Разность потенциалов и модуль напряженности электрического поля
;
,
где
производная
берется в направлении быстрейшего
изменения потенциала, т. е. вдоль силовой
линии (рис. 1.12).
Для
однородного поля (
)
,
где
‑ расстояние между двумя точками,
измеренное вдоль силовой линии.

Рис. 1.12. Работа кулоновских сил при перемещении заряда q
зависит только от расстояний r1 и r2
Потенциал
поля точечного заряда
на расстоянии
от него
.
Потенциал
поля сферической поверхности (шара)
радиуса
,
по которой равномерно распределен заряд
:
1.
‑ для
точек, лежащих вне сферы (шара) на
расстоянии
от ее центра;
2.
‑ для
точек, лежащих на поверхности сферы
(шара) или внутри нее.
Потенциал электрического поля внутри непроводящего шара, равномерно заряженного по объему,
,
где
– диэлектрическая проницаемость
материала шара;
– диэлектрическая проницаемость среды,
в которой находится шар.
Принцип суперпозиции для потенциала электрического поля. Потенциал поля, создаваемого системой зарядов, равен алгебраической сумме потенциалов, создаваемых каждым из зарядов в отдельности:
,
где
– потенциал электрического поля,
созданного
-м
зарядом.
Для
графического изображения потенциала
используются эквипотенциальные
поверхности– это поверхности во
всех точках которых потенциал имеет
одно и то же значение. Эквипотенциальные
поверхности обычно проводят так, чтобы
разности потенциалов между двумя
соседними эквипотенциальными поверхностями
были одинаковы. Густота эквипотенциальных
поверхностей наглядно характеризует
напряженность поля в разных точках. В
любой точке эквипотенциальной поверхности
силовая линия ей перпендикулярна,
следовательно, перпендикулярен и вектор
(рис. 1.13).

Рис. 1.13. Эквипотенциальные поверхности и силовые линии простых электрических полей: точечный заряд; электрический диполь; два равных положительных заряда
