Презентация на тему "Напряжение электростатического поля"

Содержание

• 
  Слайд 1
  

  Физика Электростатика 1

• 
  Слайд 2
  

  2 10. Электростатика 10.1. Электрические заряды Единица электрического заряда — кулон (Кл) — электрический заряд, проходящий через попереч­ное сечение проводника при силе тока 1 А за время 1 с. Электрический заряд (количество электричества) — это физическая величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей  и принимать участие в электромагнитном взаимодействии.  Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия. Все тела в природе способны электризоваться, т. е. приобретать электрический заряд. Электризация тел может осуществляться различными способами: трением, электростатической индукцией и т. п.

• 
  Слайд 3
  

  3 Закон сохранениязаряда: «алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы остается неизменной». Электрический заряд дискретен. Элементарный электрический заряд е = 1,610–19 Кл. Электрон и протон являются носителями элементарных зарядов. Точечным называется заряд, сосредоточенный на теле, линейные раз­меры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других заряжен­ных тел. Закон Кулона: сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорциональна зарядам Q1и Q2 и обратно пропорциональна квадрату расстояния rмежду ними: k — коэффициент пропорциональности.

• 
  Слайд 4
  

  4 Сила F направлена по прямой, соединяющей взаимодействующие заряды, т. е. является центральной, и соответствует притяжению (F0) в случае одноименных зарядов. В векторной форме закон Кулона имеет вид: F12— сила, действующая на заряд Q1со стороны заряда Q2,r12— радиус-вектор, соединяющий заряд Q2с зарядом Q1, r = |r12| .

• 
  Слайд 5
  

  5 В системе СИ коэффициент пропорциональности равен: С учетом этого закон Кулона запишется в окончательном виде: Величина 0называется электрической постоянной.Она относится к числу фундамен­тальных физических постоянных и равна: Фарад (Ф) — единица электрической емкости.

• 
  Слайд 6
  

  6 10.2. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля В пространстве, окружающем неподвижные элект­рические заряды, существует силовое поле. Это поле называ­ются электростатическим. Силовая характеристика электростатичес­кого поля называется напряженностью и обозначается E. Напряженность электростатического поляв данной точке есть физическая величина, определяемая силой, действующей на пробный единичный положительный заряд, помещенный в эту точку поля.

• 
  Слайд 7
  

  7 Напряженность поля точечного заряда в вакууме: Направление вектора Е совпадает с направлением силы, действующей на положитель­ный заряд: или в векторной форме:

• 
  Слайд 8
  

  8 Единица напряженности электростатического по­ля (Н/Кл): 1 Н/Кл — напряженность такого поля, которое на точечный заряд 1 Кл действует с силой в 1 Н. Электростатическое поле изображают графически с помощью линий напряженности. Это линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора Е. Число линий напряженности, прони­зывающих единицу площади поверхности, перпендикулярную линиям напряженности, должно быть равно модулю вектора Е.

• 
  Слайд 9
  

  9 Если поле создается точечным зарядом, то линии напряженности — радиальные прямые. Число линий напряженности, пронизыва­ющих элементарную площадку dS, нормаль nкоторой образует угол  с вектором Е, равно: Еп—проекция вектора Е на нормаль n к площадке dS .

• 
  Слайд 10
  

  10 Поток вектора напряженности через площадку dS: Здесь dS = dSn— век­тор, модуль которого равен dS,а направление совпадает с направлением нормали n к площадке Для произвольной замкнутой поверхности S поток вектора Е сквозь эту поверх­ность: интеграл берется по замкнутой поверхности S.

• 
  Слайд 11
  

  11 10.3. Принцип суперпозиции электростатических полей. Поле диполя Принцип суперпозиции полей позволяет определить модуль и направление вектора напряженности Е в каж­дой точке электростатического поля, создаваемого системой неподвижных зарядов Q1, Q2, ..., Qn. Принцип суперпозиции (наложения) электростатических полей : «напряженность Е результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равна геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности».

• 
  Слайд 12
  

  12 Пример расчета напряженности электростатического поля с помощью метода наложения: расчет напряженности поля диполя. Электрический диполь — система двух равных по модулю разноименных точечных зарядов (+Q, –Q), расстояние между которыми значительно меньше расстояния до рассматриваемых точек поля. Вектор, направленный по оси диполя от отрицательного заряда к положи­тельному и равный расстоянию между ними, называется плечом диполя. Электрическим моментом диполя или дипольным моментомназывается вектор, совпадающий по направлению с плечом диполя и равный произведению заряда |Q|на плечо l . Дипольный момент:

• 
  Слайд 13
  

  13 Напряженность поля на продолжении оси диполя в точке А. Напряженность поля на перпендикуляре, восставленном к оси из его середины, в точке В:

• 
  Слайд 14
  

  14 10.4. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме Поток вектора напряженности сквозь сферичес­кую поверхность радиуса r,охватывающую точечный заряд Q,находящийся в ее центре, равен: Для поверхности любой формы, если она замкнута и заключает в себя точечный заряд Q, поток вектора Е будет равен:

• 
  Слайд 15
  

  15 Общий случай произвольной поверхности, окружающей nзарядов. Каждый из интегралов, стоящих под знаком суммы, равен Qi /0, следовательно: Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме: «поток вектора напряженности электростатического поля в вакууме сквозь произ­вольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности зарядов, деленной на 0. - теорема Гаусса.

• 
  Слайд 16
  

  16 10.5. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля При его перемещении из точки 1в точку 2совершается работа: Заряд Q0 перемещается в электростатическом поле точечного заряда Q .

• 
  Слайд 17
  

  17 Если траектория перемещения заряда замкнута, то работа по замкнутому пути Lравна нулю, т.е.: Элементарная работа сил поля на пути dlравна: тогда работа по замкнутому пути Lравна:

• 
  Слайд 18
  

  18 Интеграл называется циркуляцией вектора напряженности. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля вдоль любого за­мкнутого контура равна нулю. Из обращения в нуль циркуляции вектора Е следует, что линии напряженности электростатического поля не могут быть замкнутыми. Они начинаются и кончаются на зарядах или же уходят в бесконечность.

• 
  Слайд 19
  

  19 10.6. Потенциал электростатического поля Работу сил электро­статического поля можно представить как разность потенциальных энергий, которыми обладает точечный заряд Q0в начальной и конечной точках поля заряда Q: Потенциальная энергия заряда Q0, находящегося в поле заряда Q на расстоянии r от него, равна:

• 
  Слайд 20
  

  20 Отношение потенциальной энергии точечного заряда к его величине называется по­тенциалом: Потенциал в какой-либо точке электростатического поля есть физическая величина, определяемая потенциальной энергией единичного положительного заряда, помещен­ного в эту точку. Потенциал поля, создаваемого точечным зарядом Q, равен: Если поле создается системой nточечных зарядов Q1, Q2, ...,Qn, то:

• 
  Слайд 21
  

  21 Работа сил поля при перемещении заряда Q0из точки 1в точку 2 и разность потенциалов этих точек может быть записана через интеграл: Работа, совершаемая селами электростатического поля при перемещении заряда Q0из точки 1 в точку 2: т. е. разность потенциалов двух точек 1 и 2 определяется работой, совершаемой силами поля, при перемещении единичного поло­жительного заряда из точки 1в точку 2.

• 
  Слайд 22
  

  22 Единица потенциала — вольт (В): 1 В есть потен­циал такой точки поля, в которой заряд в 1 Кл обладает потенциальной энергией 1 Дж (1 В = 1 Дж/Кл). Если поле создается несколькими зарядами, то потенциал поля системы зарядов равен алгебраической сумме потенциалов полей всех этих зарядов: Если перемещать заряд Q0 из произвольной точки за пределы поля в бесконеч­ность, где, по условию, потенциал равен нулю, то: Потенциал — физическая величина, определяемая работой по переме­щению единичного положительного заряда при удалении его из данной точки поля в бесконечность.

• 
  Слайд 23
  

  23 10.7. Напряженность как градиент потенциала. Эквипотенциальные поверхности Напряженность является силовой характеристикой поля, а потенциал — энергетической характеристикой поля. . Работа по перемещению единичного точечного положительного заряда из одной точки поля в другую вдоль оси х : Работа вдоль осей x, y и z: i, j, k— единичные векторы координатных осей х, у, z.

• 
  Слайд 24
  

  24 - напряженностьполяЕ равна градиенту потенциала со знаком минус. Знак минус определяется тем, что вектор напряженности Е поля направлен в сторону убывания потенциала. Для графического изображения потенциала электростатического поля пользуются эквипотенциальными поверхностями. Эквипотенциальные поверхности это такие, во всех точках которых потенциал имеет одно и то же значение. Линии напряженности всегда нормальны к эквипотенциальным поверхностям.

• 
  Слайд 25
  

  25 Четыре примера вычисление разности потенциалов по напряженности поля Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости.  — поверхностная плотность заряда. Разность потенциалов между точками, лежащими на расстояниях x1и х2от плоскости, равна:

• 
  Слайд 26
  

  26 2. Поле двух бесконечных параллельных разноименно заряженных плоскостей. s - поверхностная плотность заряда, d- расстояниемежду плоскостями.

• 
  Слайд 27
  

  27 3. Поле равномерно заряженной сферической поверхности. Разность потенциалов между двумя точками, лежащими на расстояниях r1и r2от центра сферы (r1 >R, r2>R, r2>r1),равна: Напряженность поля сферической поверхности радиуса R с общим зарядом Q вне сферы (r> R) :

• 
  Слайд 28
  

  28 Если принять r1=rи r2=, то потенциал поля вне сферической поверхности: Внутри сферической поверхности потенциал всюду одинаков и равен:

• 
  Слайд 29
  

  29 4. Поле равномерно заряженного бесконечного цилиндра. Разность потенциалов между двумя точками, лежащими на расстояниях r1мr2от оси заряженного цилиндра (r1>R, r2>R, r2>r1), равна: R – радиус цилиндра,  - линейная плотность заряда. Напряженность вне цилиндра: