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
☆

 

n

 

E

n

n

E

E

 

S

Рис. 19

• Выделим на плоскости

участок ∆S. Он содержит заряд

qS

•На базе площадки ∆S построим построим замкнутую поверхность

ввиде цилиндра, перпендикулярного плоскости S.

•Ни одна линия напряженности не пересекает боковую поверхность цилиндра. Эти линии параллельны боковой поверхности.

• Потоки вектора E через правое и левое основание

цилиндра одинаковы (рис. 19)

Ф1 Ф2 E S cos(n ^ E) E S

• Полный поток

цилиндра:

вектора

E

Ф 2E S

через оба основания

(46)

• Поток через

нулю (рис. 19):

боковую поверхность цилиндра равен

 

 

Ф

E S cos( / 2) 0

бок

 

• Применим к полному потоку (46) теорему Гаусса:

 

2E S

1

S

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Откуда

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

• Из формулы (47) следует, что поле

протяженной равномерно заряженной является полем однородным.

(47)

бесконечно

плоскости

d) Напряжённость поля двух бесконечно протяженных равномерно заряженных параллельных плоскостей

 

• Пусть две бесконечно протяжен-

 

ные плоскости

параллельны

и

 

заряжены

 

одинаковыми

по

 

величине, но разными по знаку

 

зарядами

с

 

поверхностными

 

плотностями

 

 

(рис. 19).

Рис. 19

 

и

• Напряженность поля левой плос-

 

кости на рис. 19 показана красными векторами, а правой – синими.

• Как следует из этого рисунка, электростатические

поля слева и справа от плоскостей отсутствуют, так как геометрические суммы красных и синих векторов

равны нулю.

• Напротив, как это видно из рис. 19, поле внутри плос-

костей в два раза больше, чем напряженность одной

равномерно заряженной плоскости:

E 0

e) Напряжённость поля бесконечно протяженной равномерно заряженной нити

•Сообщим нити длиной l заряд q.

•Линейная плотность заряда нити

ql

(48)

q

 

 

h

r

n

E

 

 

 

P

r

 

 

 

 

 

l

Рис. 20

• Применяя

к

заряженной

 

нити

 

q

 

 

методику качественного определения

 

 

 

 

характера

поля,

как

это

было

 

 

 

 

выполнено

 

для

бесконечно

h

r

n

E

 

 

P

r

протяженной

плоскости,

 

можно

 

 

 

 

 

 

 

обнаружить,

 

 

что

 

 

линии

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

напряженности

 

поля

 

нити

 

l

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

перпендикулярны

 

нити

и,

следова-

 

Рис. 20

 

тельно, поле нити обладает цилинд-

 

 

 

 

 

 

дрической симметрией (рис. 20).

 

 

 

 

• Определим напряженность поля на расстоянии r от

нити в некоторой точке Р.

 

 

 

 

 

 

• Для этого проведем через точку Р замкнутую

поверхность (цилиндрическую) и найдем поток вектора E через эту поверхность:

• Потоки через основания цилиндра равны нулю, так

как линии напряженности основания не пересекают.

• Поток вектора

E

 

 

 

через боковую

поверхность

цилиндра:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ф S

бок

Е 2 rh E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Используя теорему Гаусса, получаем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 rh E

q

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(49)

 

 

 

 

 

 

 

2

 

r

 

 

 

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

или

 

 

 

 

 

 

E

2k

(50)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 0r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

e) Напряжённость поля бесконечно протяженной равномерно заряженной цилиндрической поверхности

•Поле бесконечно протяженного заряженного цилиндра, как и поле нити обладает циллиндрической симметрией (рис. 21).

•Поток вектора напряженности поля заряженного цилиндра отличен от нуля только при r ≥ R, где R – радиус цилиндра.

•Окружим заряженную цилиндрическую поверхность цилиндром,

 

боковая

поверхность

которого

Рис. 21

проходит

через точку

поля, для

которой r ≥ R.

• Поток вектора E через боковую поверхность цилин-

дра

ФSбок Е 2 rl E

•Суммарный заряд, содержащийся внутри этой поверхности равен l , где линейная плотность

заряда.

•Применяя теорему Гаусса, получаем:

Откуда

 

 

 

 

 

 

 

 

2 rl E

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

 

 

 

 

 

 

(51)

 

 

 

 

 

 

 

 

2

0r ,

 

 

 

 

что совпадает с формулой напряженности поля бесконечно протяженной заряженной нити.

• Поле внутри заряженной цилиндрической

поверхности отсутствует, так как там нет электрических зарядов.

•Такой вывод следует и з применения теоремы Гаусса для этой области пространства.

•В заключение этого параграфа приведем сводку формул для расчета напряженности электрических полей распределенных зарядов.

Поле равномерно заряженной сферической поверхности

•

•

Вне сферы

На поверхности сферы

E =

1

×

q

=

kq

4πε

εr

εr

2

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

E =

1

×

q

 

=

kq

4πε

εR

2

εR

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

• Внутри сферы

E = 0

Напряжённость поля сплошного шара с равномерным распределением заряда по его объёму

•

•

•

Вне шара

На поверхности шара

Внутри шара

 

 

E =

 

1

 

 

×

q

=

 

kq

 

 

 

 

4πε

0

 

εr

 

 

εr 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E =

1

 

 

×

q

 

 

=

 

 

kq

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

4πε

 

 

 

εR

 

 

εR

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E =

1

 

 

×

 

q

r =

 

kq

r

4πε

0

 

 

εR3

 

εR3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Напряжённость поля бесконечно протяженной равномерно заряженной плоскости

E =

σ

 

2ε

ε

 

 

0

 

Напряжённость поля двух бесконечно протяженных равномерно заряженных параллельных плоскостей

E = σ

ε0ε

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]