Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Lek_1_ELEKTROSTATIKA

.pdf
Скачиваний:
20
Добавлен:
29.05.2015
Размер:
1 Мб
Скачать
☆

7.Электрическое поле диполя

•Электрический диполь – это система из двух жестко связанных одинаковых по модулю и разных по знаку точечных зарядов +q и –q , расстояние между которыми много меньше расстояний до точек, в которых определяется поле.

• Определим

напряженность поля

E

некоторой

точке А, удаленной от

 

диполя в диполя на

достаточно большое расстояние r.

• Проведем вектор l от –q до +q. Это плечо диполя.

• Дипольный момент

p ql

 

 

q

q

 

l

l / 2

l / 2

r

EB

B

P

E

Рис. 7

A

E

A

 

E

• Согласно принципу суперпозиции

E

A

E

E

 

 

 

или

EA E E

 

kq

 

 

 

kq

 

 

2kqlr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

2

 

 

l

2

 

l2 2

(17)

 

r

 

 

 

r

 

 

 

r

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

• На больших расстояниях от диполя, когда r >> l,

членами второго порядка можно пренебречь. Учитывая также, что p = ql, формулу (17) можно записать в виде:

E

 

 

p

 

 

1

(18)

A

2

 

r3

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Используя принцип суперпозиции и выполняя

аналогичные математические преобразования, можно получить формулу для напряженности в точке В. Эта точка находится на перпендикуляре, восставленным к оси диполя из его середины, на расстоянии r (r >>l).

• Напряженность

поля

q

 

диполя в точке В (получить самостоятельно):

 

 

 

 

1

 

p

 

r

 

E

 

 

 

(19)

 

 

B

 

 

3

 

 

 

4

 

r

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Если

 

точка

 

 

поля (точка М)

находится

 

 

ассиметрично

по

отношению к диполю (рис. 8), однако условие r >> l сохраняется, то формула напряженности поля диполя в этой точке будет иметь вид:

 

 

 

1

 

 

p

 

 

E

M

 

 

 

3cos2 φ 1

4

 

r3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

l

O

φ

 

r

r

 

 

E

E

M

 

 

E

 

 

Рис. 8

(20)

8. Поток вектора напряженности

электрического поля

• Понятие потока имеет применение по

отношению к какой-либо поверхности.

• Потоком вектора напряжённости электрического

поля через площадку (участок поверхности или всю поверхность) называется число линий напряжённости, пересекающих эту площадку или поверхность.

• Учтем, что

модуль

вектора

напряженности

электрического

поля

равен

числу линий

напряжённости, пересекающих единичную площадку, ориентированную нормально линиям

напряженности.

• С

учетом

 

указанных

 

 

 

 

определений

элементарный

 

 

 

 

поток

Ф0

вектора

 

 

 

через

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

элементарную площадку

 

S0

S0

S

 

можно представить в виде:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ф E S

0

 

 

 

 

(21)

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

•Тогда поток

 

через площадку

 

 

 

Ф

 

 

:

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

Рис. 9

E

Ф E S cos

•Будем рассматривать величину

модуль которого равен площади

(22)

S как вектор,

S , а его направ-

ление совпадает с направлением внешней нормали n

•Тогда формулу (22) запишем так:

Ф E S cos(E ^ n) (E, S )

или

Ф (E, S )

•Переходя к дифференциально малым:

формулу (22) представим в виде:

dФ (E, dS )

(24)

 

• Для нахождения потока Ф вектора E через любую

поверхность S данную поверхность необходимо разбить на бесконечно малые

(23)

d,

элементы площадей dS и для

Рис. 10

 

для каждой из них составить выражение в форме (24) после чего проинтегрировать по всей поверхности:

 

Ф (E, dS )

 

(25)

 

S

 

 

• Если поверхность замкнутая, как

это показано на

рис. 10, то интегрирование надо выполнить по всей

замкнутой поверхности:

Ф (E, dS ) S

(26)

9.Теореме Гаусса

•Теорема Гаусса позволяет вычислить поток вектора

напряженности электрического поля через любую

замкнутую поверхность, обусловленный электриче-

скими зарядами, поверхности.

S

содержащимися внутри этой

E

• Пусть имеется

некоторая

произвольная, но

замкнутая

 

q1

P

 

 

r

n

 

d

dS

 

поверхность S ( рис. 11 ). Возьмём внутри эторй поверхности некоторую точку Р и поместим в ней

точечный заряд

q

.

1

Рис. 11 • Разобъём эту поверхность

на элементарные участки. Возьмём один из них, например, участок dS.

• Телесный угол, под которым виден элемент поверхности dS из точки Р, есть угол d .

• Спроецируем элемент поверхности dS на плоскость,

перпендикулярную вектору напряжённости

E

 

поля

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

заряда

q

 

. Проекцию этого элемента поверхности

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

обозначим dS0.

 

 

 

 

 

 

Поток dФ1

вектора

E

 

поля заряда q1 через элемен-

 

тарную

поверхность

dS

в соответствии

с

(24),

запишем в виде:

однако

следовательно,

 

 

 

 

 

dФ E dS cos

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dS cos dS

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dФ E dS

0

 

 

 

1

 

 

(27)

Учтем, что в формуле (27) Е – это напряжённость поля точечного заряда q1 на замкнутой поверхности.

Учтем также, что

dS0 r2d

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]