Презентация на тему "Основные понятия и законы электростатики"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Тема 1. Основные понятия и законы электростатики

  1. Электродинамика, электрические заряды, закон сохранения электрических зарядов Закон Кулона Электростатическое поле и его характеристики Теорема Остроградского - Гаусса Потенциал. Работа электростатического поля. Связь между напряжённостью и потенциалом Литература Трофимова Т.И. Курс физики. – § 77 – 86. Савельев И. В. Курс общей физики, том 2. - § 1 – 12 Касьянов В. А. Физика. 10 класс. - § 75 - 84

• 
  Слайд 2
  

  Электромагнитные силы – силы притяжения и отталкивания, возникающие между электрически заряженными частицами и телами.

  Электродинамика – раздел физики, изучающий электромагнитное взаимодействие электрически заряженных частиц и тел. Электростатика – раздел электродинамики, в котором изучаются взаимодействие и свойства неподвижных электрически заряженных частиц и тел. Электрический заряд Q, q – физическая величина, определяющая силу электрического (электромагнитного) взаимодействия частиц или тел. Единица измерения – 1 Кл (кулон) = 1 А. с

• 
  Слайд 3

  Фундаментальные свойства зарядов

  Существуют два вида электрических зарядов (положительные и отрицательные) Электрический заряд инвариантен Дискретен. Заряд любого тела составляет целое число, кратное элементарному заряду е = 1,6 . 10-19 Кл Аддитивен Закон сохранения заряда

• 
  Слайд 4
  

  Электрон – носитель элементарного отрицательного заряда Q = - e = - 1,6 . 10-19 Кл m = 9,1 . 10-31 Кг Протон – носитель элементарного положительного заряда Q = + e = + 1,6 . 10-19 Кл m = 1,67 . 10-27 Кг Обычно тела электронейтральны Электризация - процесс заряжения тела

• 
  Слайд 5
  

  Закон Кулона, 1785 г. – закон взаимодействия точечных зарядов. Точечный заряд – заряженное тело, размеры которого много меньше расстояний до других заряженных тел, с которыми оно взаимодействует.

  Сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами , находящимися в вакууме, прямо пропорциональна произведению величин зарядов Q1 и Q2 , обратно пропорциональна квадрату расстояния между r2 и направлена вдоль линии, соединяющей заряды.

• 
  Слайд 6
  

  ← Электрическая постоянная

• 
  Слайд 7
  

  Закон Кулона для точечных зарядов, находящихся в диэлектрической среде (веществе).

  ε - диэлектрическая проницаемость среды. Величина, показывающая во сколько раз сила взаимодействия зарядов в среде F меньше, чем в вакууме F0. ε = F0 / F

• 
  Слайд 8
  

  Электрическое (электромагнитное) поле – особый вид материи, посредством которого электрические заряды взаимодействую друг с другом. Электростатическое поле – электрическое поле, созданное неподвижными электрическими зарядами и не изменяющееся со временем. Основное свойство – действовать на другие электрические заряды, находящиеся в нем. Пробный заряд Q0 – небольшой по величине, точечный положительный заряд, который не искажает исследуемое электрическое поле.

• 
  Слайд 9
  

  Напряженность электрического поля E – векторная физическая величина, численно равная силе, с которой поле действует на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля. Направление вектора напряженности E совпадает с направлением вектора силы F , с которой поле действует на положительный заряд. Единица измерения – 1 Н/Кл = 1 В/м

• 
  Слайд 10

  Напряженность поля точечного заряда Q

  - в скалярной форме - в векторной форме - радиус – вектор, направленный от заряда Q в точку поля А - единичный вектор

• 
  Слайд 11
  

  Линии напряженности – линии, касательные к которым в каждой точке пространства (поля) совпадают с направлением вектора напряженности. Эти линии:

  указывают направление вектора напряженности напряженноcть поля E равна числу линий, проходящих через единичную площадку, перпендикулярную линиям начинаются на положительных зарядах и заканчиваются только на отрицательных зарядах никогда не пересекаются

• 
  Слайд 12
  

  Линии напряженности Линии напряженности полей, созданных точечными зарядами

• 
  Слайд 13

  Принцип суперпозиции электростатических полей

  Напряженность результирующего поля E , создаваемого системой зарядов Qi, равна векторной сумме напряженностей полей Ei , создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности.

• 
  Слайд 14
  

  Поток ФЕ вектора напряженностиE электрического поля через плоскую поверхность площадью S - величина, равная произведению модуля вектора Eна площадь S и косинус угла α между векторами E и n (нормалью к поверхности).Единица измерения - 1 В . м Проекция вектора Eна направление векторанормалиn

• 
  Слайд 15
  

  - другая формула потока - вектор площадки Поток ФЕ численно равен количеству линий напряженности, пронизывающих поверхность S , является алгебраической величиной,

• 
  Слайд 16
  

  Определение потока напряженности ФЕ в неоднородном электрическом поле через произвольную (искривленную) поверхность S .

  поток напряженности через элементарную площадкуdS - вектор элементарной площадки

• 
  Слайд 17

  Вычисление потока ФЕ через замкнутую поверхность S

• 
  Слайд 18

  Теорема Остроградского – Гаусса

  Поток вектора напряженности электростатического поляEв вакууме сквозь замкнутую поверхность равен алгебраической сумме электрических зарядов, заключенных внутри этой поверхности, деленной на εо Теорема справедлива для любого распределения зарядов внутри любой замкнутой поверхности; заряды вне поверхности не учитываются.

• 
  Слайд 19

  Электрическое поле равномерно заряженной бесконечной плоскости

  Вывод величина заряда внутри цилиндра Поток через цилиндр Формулы - в вакууме - в среде с ε

• 
  Слайд 20

  Поле двух бесконечных параллельных плоскостей, заряженных разноимённо

  Поле системы есть суперпозиция полей, создаваемых каждой из плоскостей в отдельности. Поле однородное.

• 
  Слайд 21

  Поле равномерно заряженной сферической поверхности

  а) Область пространства на поверхности сферы и вне её. Если r ≥ R , то б) Область внутри сферы. Если r

• 
  Слайд 22

  Потенциал. Работа электростатического поля.

  Электростатическое поле является потенциальным. Работа сил электростатического поля по перемещению электрического заряда не зависит от вида (формы) траектории, а определяется только начальным и конечным положениями заряда в поле. При перемещении в электростатическом поле заряда по замкнутой траектории работа сил поля равна нулю. Потенциальность электростатического поля имеет математическое определение с помощью понятия циркуляция вектора напряженности .

• 
  Слайд 23
  

  работа на элементарном перемещении работа по перемещению единичного заряда циркуляция вектора напряжённости электростатического поля по замкнутому контуру (кривой) L Эта величина представляет собой полную работу А электрических сил по перемещению единичного положительного заряда Q0 = + 1Кл по замкнутому пути ( вдоль кривой L )

• 
  Слайд 24
  

  Циркуляция вектора напряженности электростатического контура равна нулю Работа электростатических сил по перемещению зарядаQ из одного положения (точки 1) в другое положение (точку 2) равна убыли потенциальной энергии зарядаи не зависит от пути перещения заряда. A12 = - ( U2 - U1) = U1 - U2

• 
  Слайд 25
  

  Потенциал электростатического поляφ - скалярная физическая величина, численно равная потенциальной энергии единичного положительного заряда, помещенного в данную точку поля. Единица измерения - 1 В = 1 Дж/Кл. Работа сил электростатического поля А12 равна произведению величины перемещаемого заряда Q на разность потенциалов в начальном (1) и конечном (2) положениях заряда.

• 
  Слайд 26
  

  Разность потенциалов между двумя точками 1 и 2 электростатического поля равна работе, совершаемой силами поля при перемещении единичного положительного заряда из одной точки поля (начальной) в другую точку поля (конечную). Второе определении потенциала. Потенциал поля в данной точке пространства – физическая величина, определяемая работой по перемещению единичного положительного заряда из данной точки поля в бесконечность.

• 
  Слайд 27
  

  Потенциал электростатического поля точечного заряда Q( на расстоянии r от него )

  ● Потенциал бесконечно удалённой точки считается равным нулю ● Эта формула выражает потенциал равномерно заряженного шара (или сферы) при r ≥ R, где R - радиус шара (или сферы)

• 
  Слайд 28

  Принцип суперпозиции для потенциалов

  Потенциал результирующего поля, созданного системой электрических зарядов, равен алгебраической сумме потенциалов полей всех этих зарядов.

• 
  Слайд 29

  Связь между напряжённостью и потенциалом электростатического поля

  Работа при перемещении заряда Q = +1 Кл из точки 1 в точку 2 E dl α 1 2

• 
  Слайд 30
  

  В окрестности какой - либо точки электростатического поля потенциал поля φ наиболее быстро изменяется в направлении линии напряженности. dφ - изменение потенциала, вызванное перемещением единичного заряда на dl вдоль линии напряжённости - это величина (модуль) градиента потенциала grad φ электростатического поля, характеризующего быстроту изменения потенциала φ в пространстве

• 
  Слайд 31
  

  В векторном виде связь между напряженностью E и потенциалом φимеет вид: Физический смысл. Напряжённость поля в данной точке (месте) электростатического поля измеряется уменьшением потенциала поля, приходящимся на единицу длины линии напряжённости.

• 
  Слайд 32

  В случае однородного электростатического поля

  φ1 и φ2 - потенциалы в точках 1 и 2 Δl - расстояние между точками 1 и 2 вдоль линии напряжённости поля ( расстояние между эквипотенциальными поверхностями ) 1 2 3 E + _

• 
  Слайд 33
  

  Эквипотенциальная поверхность - это поверхность, во всех точках которой потенциал φимеет одинаковое значение. Работа, совершаемая при перемещении заряда по одной и той же эквипотенциальной поверхности, равна нулю. Линии напряжённости всегда перпендикулярны к ним. Эти поверхности проводят с определённой густотой, так, чтобы разность потенциалов между любыми двумя соседними поверхностями была одинакова ( через 1 В ).