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
☆

значит

dW

1

 

 

q q

4

 

0

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

2

 

 

0

 

 

• После интегрирования получаем полную энергию:

W

1

 

q0q

C

4 0

r

 

 

 

• Для определения константы интегрирования С будем

считать потенциальную энергию заряда

q

, находяще-

 

гося на бесконечно большом расстоянии от заряда

q

 

 

 

r

 

 

0

равной нулю, т.е.

W 0,

если

 

 

, тогда С = 0.

 

 

 

 

 

 

 

 

,

• Тогда формула для

потенциальной

энергии

взаимодействия двух зарядов будет иметь вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W

1

 

 

q0q

 

(59)

 

4 0

 

r

 

 

 

 

 

 

 

• Проанализируем формулу (59):

а) пусть заряды q0 и q альная энергия W 0

одноименные, тогда

и убывает с ростом

r

 

потенци-

.

b) пусть заряды

q

0

потенциальная энергия нуля с ростом r .

и

 

 

разноименные, тогда

q

 

 

 

 

и увеличивается до

W 0

W

a

0

b

r

Таким образом, энергия притяжения зарядов отрицательная ( кривая b на рис. 26), а энергия отталкивания зарядов положительная (кривая a на рис. 26).

Рис. 26

15.Потенциал электростатического поля

•Запишем формулу работа по перемещению заряда под действием сил поля в виде:

A

 

q q

 

1

 

1

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

4

r

 

r

 

 

 

 

 

 

 

0

1

 

2

или

A

q

 

q

 

1

 

q

 

1

 

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

4

 

r

 

4

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

1

 

0

 

2

(60)

• Работа сил поля зависит не только от заряда,

создающего поле (заряда

q

), но и от внесенного в поле

0

 

q

 

 

заряда

.

 

 

 

 

 

• Избавимся от зависимости заряда, внесенного в поле. Для этого поделим обе части (60) на q . Получим:

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

q

 

1

 

q

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

 

 

 

4

 

r

 

4

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

1

 

0

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• Устремим

 

r2

 

 

 

. Получим:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A1

 

 

 

q0

 

 

 

1

 

φ

 

 

или

 

φ

 

 

q0

 

1

 

q

4

0

 

r1

 

 

 

 

 

4 0

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(61)

(62)

•Эту величину называют потенциалом данной точки поля.

•Потенциалом поля в данной его точке называется величина, численно равная работе, которую должны совершить силы поля, чтобы единичный положительный заряд переместить из данной точки поля в бесконечно удаленную точку.

• Сравнивая (59) и (60), видим, что A1 W , тогда

потенциал поля можно представить в виде:

φ =

W

(63)

 

 

 

 

q

 

 

 

 

 

 

 

•Потенциал численно равен потенциальной энергии единичного положительного заряда помещенную в данную точку поля.

•Это другое определение потенциала.

•Если электростатическое поле создано системой зарядов, то потенциал такого поля равен алгебраической сумме потенциалов полей отдельных зарядов (принцип суперпозиции для потенциалов):

 

1

 

n

qi

n

 

φ

 

 

φi

(64)

4

 

r

 

0

i 1

i 1

 

 

 

i

 

где

r ,

r

,

r ,

. . .,

1

2

 

3

 

точки поля.

• С введением

r

 

расстояния до интересующей нас

n

 

понятия потенциала работу по

перемещению заряда из одной точки

поля в другую

(формула 60) можно записать в виде:

 

 

 

 

 

 

A12 q(φ1 -φ2 )

 

(65)

•В формуле (65) ( 1 2 ) U разность потенциалов

или напряжение.

•Как разность потенциалов, так и напряжение измеряется в вольтах (В).

1В 1 ДжКл

16. Связь потенциала с напряженностью электрического поля

• Исходя из предыдущих рассуждений делаем

заключение, что электрическое поле можно описать с

помощью двух величин

сти

E

и потенциалом

φ

 

 

 

– вектором напряженно-

.

• Поскольку

E

и

φ

характеризуют одну и ту же

 

 

точку поля, то между ними должна существовать связь. Найдем её.

• Для этого используем выражение для силы

F

, дейст-

 

вующей на заряд

q

в электрическом поле напряженно-

 

сти E .

• С одной стороны эта сила может быть представлена

в виде:

F q E

(66)

• С другой стороны эта сила, как сила, имеющая

консервативный характер, связана с потенциальной энергией в соответствии с формулой:

F gradW

(67)

 

 

• Однако

W q

 

Тогда

F q grad

(68)

• Приравнивая правые части (66) и (68), получаем:

E = -gradφ

(69)

• Вектор напряженности электростатического поля

равен градиенту потенциала с обратным знаком.

• Формулу (69) можно представить и так:

 

 

 

 

 

 

 

 

E

x

i

y

j

z

k

(70)

 

 

 

 

 

• Если же поле изменяется только в одном

направлении, например, в направлении координаты x, то, как следует из (70), имеем:

 

 

 

 

E

 

 

 

x

x

 

 

 

 

 

или в общем случае (произвольное направление

l

):

 

 

 

 

 

 

 

(71)

 

 

El

l

 

 

 

 

17. Эквипотенциальные поверхности

•Построим в электростатическом поле поверхность, во всех точках которой потенциал имеет одно и тоже значение.

•Эта поверхность определяется уравнением

 

 

(x, y, z) = const

(72)

 

 

иназывается эквипотенциальной поверхностью.

•При любом перемещении вдоль эквипотенциальной поверхности потенциал не меняется, поэтому согласно (55) работа электрических сил при перемещении заряда вдоль эквипотенциальной поверхности равна нулю.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]