Билет 4

Сила взаимодействия точечных зарядов. Закон Кулона. Диэлектрическая проницаемость среды. Электрическая постоянная.

Электрический заряд – скалярная физическая величина, определяющая интенсивность электромагнитных взаимодействий.

Существуют два вида заряда – положительный и отрицательный. Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые – притягиваются.

Единица измерения заряда – 1 Кл (кулон).

1 Кл – это электрический заряд, который проходит через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока 1 А.

Точечным зарядом называется заряд, сосредоточенный на теле, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстояниями до других тел.

Взаимодействие точечных зарядов описывается законом Кулона.

Закон Кулона.

С ила взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена по прямой, соединяющей эти заряды.

где k=9 10⁹ Н м²/Кл² – коэффициент пропорциональности.

г де ₀=8,85 10^-12 Кл²/Н м² - электрическая постоянная.

Если взаимодействие точечных зарядов происходит не в вакууме, а в некоторой среде, то сила взаимодействия уменьшается в  раз, где  - диэлектрическая проницаемость среды.

Для вакуума и воздуха =1.

Закон Кулона для точечных зарядов, находящихся в среде

З акон Кулона справедлив и для заряженных шаров на любом расстоянии между их центрами, если объёмная или поверхностная плотность заряда каждого из них постоянна.

БИЛЕТ 5

Электрическим полем называется вид материи, посредством которого осуществляется взаимодействие электрических зарядов.

Свойства электрического поля:

1. Оно материально (обладает энергией);

2. Порождается электрическим зарядом;

3. Обнаруживается по действию на заряд.

Исследуется электростатическое поле с помощью пробного положительного заряда. Под пробным зарядом понимается заряд, собственное поле которого не изменяет исследуемое поле.

Напряжённость электростатического поля в данной точке поля – это векторная физическая величина, равная отношению силы, действующей со стороны поля на внесённый в данную точку пробный заряд, к величине этого заряда.

Н аправление вектора напряжённости совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд.

Зная напряжённость в какой-либо точке пространства, можно определить силу, которая будет действовать на заряд, помещённый в данную точку. Поэтому напряжённость называется силовой характеристикой электрического поля.

Единица измерения напряжённости Ē=1Н/Кл=1 В/м.

Графически электрические поля изображаются с помощью силовых линий или линий напряжённости, которые проводятся в соответствии со следующими правилами:

1. касательная к линии напряжённости в каждой точке совпадает с направлением вектора напряжённости;

2. линии напряжённости всегда незамкнуты: они начинаются на поверхности положительно заряженных тел (или в бесконечности) и заканчиваются на поверхности отрицательно заряженных тел (или уходят в бесконечность);

3. линии напряжённости не пересекаются;

4. по густоте силовых линий судят о величине напряжённости.

Примеры изображения электростатических полей различных заряженных тел.

Е сли поле создано точечным зарядом Q, то его напряжённость

Если электрическое поле создано несколькими источниками, то напряжённость такого поля рассчитывается на основании принципа суперпозиции.

Принцип суперпозиции.

Н апряжённость поля, созданного системой точечных зарядов q₁, q₂, …q_n в некоторой точке пространства, равна векторной сумме напряжённостей полей, создаваемых каждым из этих зарядов в отдельности.

БИЛЕТ 28

F=qE. А=F S=qE Scos=qEd, где S – перемещение заряда, d – проекция перемещения на силовую линию,  - угол между вектором напряжённости и перемещением.

Работа сил электростатического поля не зависит от формы пути, а зависит только от начальной и конечной точек пути. Работа по замкнутому пути равна нулю. Силы, обладающие таким свойством, называются консервативными, а поля таких сил называются потенциальными, т.е. каждой точке поля можно поставить в соответствие значение некоторой характеристики, которая называется потенциал.

Работа сил электростатического поля равна убыли потенциальной энергии (так как эти силы консервативны):

А=W_п1-W_п2, где W_п1– потенциальная энергия заряда в начальной точке пути и W_п2– потенциальная энергия заряда в конечной точке пути.

Значение потенциальной энергии зависит от того, в какой точке значение потенциальной энергии принимается за нуль. Обычно считается, что W_п=0 в точке, удалённой на бесконечность. Тогда работа по перемещению заряда из какой-либо точки в бесконечность А=W_п-0= W_п.

Потенциальная энергия заряда в некоторой точке электростатического поля равна работе сил электростатического поля по перемещению заряда из данной точки в бесконечность.

Е сли поле создано точечным зарядом Q, то потенциальная энергия заряда q, внесённого в это поле на расстоянии r от заряда Q:

Потенциал электрического поля в данной точке – скалярная физическая величина, равная отношению потенциальной энергии положительного пробного заряда, внесённого в данную точку поля, к величине этого заряда.

Е диница измерения потенциала =1 Дж/Кл=1 В.

Е сли поле создано точечным зарядом Q, то потенциал  равен

Работа электростатического поля А=W_п1-W_п2=q₁-q₂=q(₁-₂), где (₁-₂) – разность потенциалов или напряжение.

Разность потенциалов равна работе сил электростатического поля по перемещению единичного положительного заряда из точки с потенциалом ₁ в точку с потенциалом _2.

Если приравнять два выражения для работы электростатического поля

qEd= q(₁-₂), то получим Ed=(₁-₂) или