Скачать презентацию Электричество и магнетизм Электростатика Поле диполя Скачать презентацию Электричество и магнетизм Электростатика Поле диполя

Лекция 1 Электричество.pptx

  • Количество слайдов: 50

Электричество и магнетизм Электростатика Электричество и магнетизм Электростатика

Поле диполя Поле диполя

• Электродинамикой называется раздел классической физики, в котором изучаются законы электромагнитного поля. • • Электродинамикой называется раздел классической физики, в котором изучаются законы электромагнитного поля. • Многие элементарные частицы (называемые носителями электрического заряда) создают вокруг себя особый род материи – электромагнитное поле, которое является переносчиком силовых взаимодействий между этими частицами. • Благодаря взаимодействию с носителями заряда, электромагнитное поле также является носителем информации в современных информационных системах (связи, радио- и телевещания и т. д. ).

• Согласно фундаментальному принципу физики - принципу близкодействия - взаимодействие между частицаминосителями заряда • Согласно фундаментальному принципу физики - принципу близкодействия - взаимодействие между частицаминосителями заряда переносится электромагнитным полем в пространстве с конечной, вполне определенной скоростью. • Эта скорость называется скоростью света. Свет – это чувственно обнаружимая (действующая на зрение человека) разновидность электромагнитного поля (точнее, электромагнитных волн).

• Электрическим полем называют одну из сторон электромагнитного поля, характеризующуюся воздействием на электрически • Электрическим полем называют одну из сторон электромагнитного поля, характеризующуюся воздействием на электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду частицы и не зависящей от ее скорости. • Электростатическое поле – это частный вид электрического поля. Оно создается совокупностью электрических зарядов, неподвижных в пространстве (по отношению к наблюдателю) и неизменных во времени.

Электростатические силы • Силы, действующие на заряды со стороны электростатического поля, называются электростатическими силами. Электростатические силы • Силы, действующие на заряды со стороны электростатического поля, называются электростатическими силами.

• Электрический заряд является одной из основных характеристик частиц и тел, определяющей их • Электрический заряд является одной из основных характеристик частиц и тел, определяющей их взаимодействие с внешним электромагнитным полем, а также их взаимосвязь с собственным электромагнитным полем.

• Существует наименьший электрический заряд, который называется элементарным электрическим зарядом (заряд протона и • Существует наименьший электрический заряд, который называется элементарным электрическим зарядом (заряд протона и электрона). • Заряд электрона Кл. • Электрический заряд любого заряженного тела кратен модулю заряда электрона, так называемому, элементарному заряду Кл.

• Электрические заряды атомов и молекул равны нулю, а заряды положительных и отрицательных • Электрические заряды атомов и молекул равны нулю, а заряды положительных и отрицательных ионов в каждой ячейке кристаллических решеток твердых тел скомпенсированы.

• Поэтому возникновение зарядовых систем обусловлено не рождением электрических зарядов, а их разделением, • Поэтому возникновение зарядовых систем обусловлено не рождением электрических зарядов, а их разделением, возникающим, например, при трении. • Электризация тел может осуществляться различными способами: соприкосновением (трением), электростатической индукцией.

Электростатическая индукция Электростатическая индукция

Электростатическая индукция Электростатическая индукция

• Двойственность электрических зарядов • В природе существуют заряды двух знаков. Заряды одного • Двойственность электрических зарядов • В природе существуют заряды двух знаков. Заряды одного знака отталкиваются друг от друга, а заряды разных знаков притягиваются друг к другу. • Положительным называется заряд, который приобретает стеклянная палочка, потертая о шелк или бумагу. Отрицательным называется заряд, который приобретает эбонитовая палочка, потертая о мех или шерсть.

Закон сохранения заряда • На основе обобщения опытных данных М. Фарадеем в 1843 сформулирован Закон сохранения заряда • На основе обобщения опытных данных М. Фарадеем в 1843 сформулирован следующий закон сохранения заряда. Заряд электрически замкнутой системы (через поверхность которой не переносятся заряженные частицы) не изменяется, какие бы процессы в ней не происходили. • Следствие из этого закона: если зарядовая система 1 отдает заряд системе 2, то система 2 получает ровно такой заряд, какой теряет система 1.

Закон сохранения заряда Закон сохранения заряда

• Закон релятивистская инвариантность заряда, сформулированный Г. Лоренцем в 1877 г. также на • Закон релятивистская инвариантность заряда, сформулированный Г. Лоренцем в 1877 г. также на экспериментальной основе, гласит: заряд любого тела инвариантен относительно изменения системы отсчета. • Следствие из этого закона: заряд тела не зависит от его скорости и ускорения.

• Можно указать следующие процессы возникновения и исчезновения свободных зарядов. Ионизация при столкновении • Можно указать следующие процессы возникновения и исчезновения свободных зарядов. Ионизация при столкновении атомов и атома с электроном: • Рождение электрона и позитрона при столкновении гамма -квантов: • Рекомбинация ионов разного знака, а также иона и электрона: • Аннигиляция (уничтожение) пары электрон-позитрон

• •

• В электростатике взаимодействие зарядов подчиняется третьему закону Ньютона: силы взаимодействия между зарядами • В электростатике взаимодействие зарядов подчиняется третьему закону Ньютона: силы взаимодействия между зарядами равны по величине и направлены противоположно другу вдоль прямой, связывающей эти заряды. Такие силы называются центральными.

• Единица электрического заряда в СИ - кулон (Кл). Физический смысл 1 Кл: • Единица электрического заряда в СИ - кулон (Кл). Физический смысл 1 Кл: 1 Кл - это заряд, проходящий через поперечное сечение проводника, по которому течет постоянный ток силой 1 А, за 1 с. • • • Основные свойства электрических зарядов: двойственность, аддитивность, сохранение, квантование, инвариантность по отношению к разным инерциальным системам отсчёта.

Классификация электрических зарядов • Классификация по способности перемещаться по заряженному телу под действием электрического Классификация электрических зарядов • Классификация по способности перемещаться по заряженному телу под действием электрического поля: свободные, связанные и сторонние. • Свободными называются заряды, способные передвигаться по всему телу, на котором они находятся, под действием электрического поля, в которое тело помещено. • Связанными называются заряды, входящие состав молекул диэлектриков (изоляторов), которые под действием внешнего электрического поля могут лишь смещаться в пределах молекулы относительно положения равновесия, но покинуть молекулу не могут. • Сторонним называются заряды, находящиеся на диэлектрике, но не входящие в состав его молекул, а также заряды вне диэлектрика.

Классификация электрических зарядов • Классификация по размерам тела, на котором заряды находятся: точечные и Классификация электрических зарядов • Классификация по размерам тела, на котором заряды находятся: точечные и протяженные. • Точечным называется заряд тела, принятого за материальную точку. • Протяженным (распределенным) называется заряд тела, размерами которого пренебречь нельзя. Протяженные заряды делятся на линейные, поверхностные и объемные.

Закон Кулона • Закон взаимодействия неподвижных точечных зарядов установлен экспериментально Ш. Кулоном в 1785 Закон Кулона • Закон взаимодействия неподвижных точечных зарядов установлен экспериментально Ш. Кулоном в 1785 году. • Точечным называется заряд, сосредоточенный на теле, линейные размеры которого малы по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, с которыми он взаимодействует.

Закон Кулона • Силы взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел в пустоте направлены вдоль Закон Кулона • Силы взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел в пустоте направлены вдоль прямой, соединяющей эти тела, пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними. Характер сил взаимодействия (притяжение или отталкивание) определяется знаком зарядов (одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются).

Закон Кулона • Коэффициент пропорциональности k не имеет никакого специального физического смысла, и значение Закон Кулона • Коэффициент пропорциональности k не имеет никакого специального физического смысла, и значение этого коэффициента зависит только от выбора системы единиц для измерения физических величин, связанных с электромагнетизмом. • В СИ базовой единицей является единица силы тока A (ампер).

Закон Кулона • Единица измерения заряда определяется тогда как 1 Кл (кулон) = 1 Закон Кулона • Единица измерения заряда определяется тогда как 1 Кл (кулон) = 1 А·с. • Если принять, что заряды измерены в Кл, то коэффициент в формуле закона Кулона (при условии, что все остальные величины - сила, расстояние - измерены в единицах СИ) оказывается равным

Закон Кулона • Иногда принято записывать этот коэффициент в виде: • Величина ε 0 Закон Кулона • Иногда принято записывать этот коэффициент в виде: • Величина ε 0 называется электрической постоянной и численно равна

Принцип суперпозиции • Если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая Принцип суперпозиции • Если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других заряженных тел.

Напряженность электрического поля • Напряженность электрического поля •

Напряженность электрического поля • Для изучения электрического поля будем использовать пробный заряд. • Под Напряженность электрического поля • Для изучения электрического поля будем использовать пробный заряд. • Под пробным зарядом будем понимать положительный точечный заряд, не изменяющий изучаемое электрическое поле.

Напряженность электрического поля • Пусть электрическое поле создается точечным зарядом q 0. Если в Напряженность электрического поля • Пусть электрическое поле создается точечным зарядом q 0. Если в это поле внести пробный заряд q 1, то на него будет действовать сила. • Обратите внимание, что в данной теме мы используем два заряда: источник электрического поля q 0 и пробный заряд q 1. Электрическое поле действует только на пробный заряд q 1 и не может действовать на свой источник, т. е. на заряд q 0. • Согласно закону Кулона эта сила пропорциональна заряду q 1 :

Напряженность электрического поля • Поэтому отношение силы, действующей на помещаемый в данную точку поля Напряженность электрического поля • Поэтому отношение силы, действующей на помещаемый в данную точку поля заряд q 1, к этому заряду в любой точке поля: • не зависит от помещенного заряда q 1 и может рассматриваться как характеристика поля. Эту силовую характеристику поля называют напряженностью электрического поля.

Напряженность электрического поля • Напряженность поля равна отношению силы, с которой поле действует на Напряженность электрического поля • Напряженность поля равна отношению силы, с которой поле действует на точечный заряд, к этому заряду: Сила, действующая на заряд q со стороны электрического поля, равна:

Напряженность электрического поля • Если в точке А заряд q > 0, то векторы Напряженность электрического поля • Если в точке А заряд q > 0, то векторы и направлены в одну и ту же сторону; при q < 0 эти векторы направлены в противоположные стороны.

Напряженность электрического поля • От знака заряда q, на который действует поле, не зависит Напряженность электрического поля • От знака заряда q, на который действует поле, не зависит направление вектора , а зависит направление силы. • В СИ напряженность выражается в ньютонах на кулон (Н/Кл).

Напряженность электрического поля • Значение напряженности электрического поля, созданного: • точечным зарядом q, на Напряженность электрического поля • Значение напряженности электрического поля, созданного: • точечным зарядом q, на расстоянии r от заряда в точке C равно

Принцип суперпозиции полей • А чему будет равна напряженность в некоторой точке электрического поля, Принцип суперпозиции полей • А чему будет равна напряженность в некоторой точке электрического поля, созданного несколькими зарядами q 1, q 2, q 3, …? • Поместим в данную точку пробный заряд q. Пусть F 1 — это сила, с которой заряд q 1 действует на заряд q; F 2 — это сила, с которой заряд q 2 действует на заряд q и т. д. Из динамики вы знаете, что если на тело действует несколько сил, то результирующая сила равна геометрической сумме сил, т. е.

Принцип суперпозиции полей • Разделим левую и правую часть уравнения на q : • Принцип суперпозиции полей • Разделим левую и правую часть уравнения на q : • Если учтем, что • мы получим, так называемый, принцип суперпозиции полей

Принцип суперпозиции полей • напряженность электрического поля, созданного несколькими зарядами q 1, q 2, Принцип суперпозиции полей • напряженность электрического поля, созданного несколькими зарядами q 1, q 2, q 3, …, в некоторой точке пространства равна векторной сумме напряженностей , … полей, создаваемых каждым из этих зарядов: • Благодаря принципу суперпозиции для нахождения напряженности поля системы точечных зарядов в любой точке достаточно знать выражение для напряженности поля точечного заряда.

Принцип суперпозиции полей • Благодаря принципу суперпозиции для нахождения напряженности поля системы точечных зарядов Принцип суперпозиции полей • Благодаря принципу суперпозиции для нахождения напряженности поля системы точечных зарядов в любой точке достаточно знать выражение для напряженности поля точечного заряда. • На рисунке показано, как геометрически определяется напряженность поля, созданного двумя зарядами.

Принцип суперпозиции полей Принцип суперпозиции полей

Поле диполя • Диполем называется система из двух одинаковых по величине, но разных по Поле диполя • Диполем называется система из двух одинаковых по величине, но разных по знаку электрических зарядов, находящихся на расстоянии друг от друга. • l – плечо диполя – вектор, направленный по оси диполя от отрицательного заряда к положительному и равный расстоянию между ними.

Поле диполя • Молекулы многих веществ обладают дипольным моментом. • Молекулы всех веществ приобретают Поле диполя • Молекулы многих веществ обладают дипольным моментом. • Молекулы всех веществ приобретают дипольный момент во внешнем электрическом поле.

Поле диполя • Дипольный момент (или электрический момент диполя) - вектор; • Направление дипольного Поле диполя • Дипольный момент (или электрический момент диполя) - вектор; • Направление дипольного момента- от отрицательного заряда к положительному. • Электрическое поле диполя схематично представлено на рисунке.

Поле диполя • Электрическое поле диполя можно найти в любой точке, опираясь на принцип Поле диполя • Электрическое поле диполя можно найти в любой точке, опираясь на принцип суперпозиции. • Напряженность поля в точке А равна векторной сумме напряженностей, создаваемых точечными зарядами +q и —q:

Поле диполя • или • где r — расстояние от середины диполя до точки Поле диполя • или • где r — расстояние от середины диполя до точки А. • На больших расстояниях, когда r >> l получаем

Поле диполя • Как видно из последнего выражения, вдали от диполя напряженность поля убывает Поле диполя • Как видно из последнего выражения, вдали от диполя напряженность поля убывает с расстоянием как • то есть быстрее, чем поле точечного заряда (пропорциональное ). • Это справедливо не только для точек, которые лежат на линии, проходящей через заряды +q и —q, но и для любых других точек, достаточно удаленных от диполя.