ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ В основе всего разнообразия явлений природы лежат четыре фундаментальных взаимодействия между элементарными частицами: 1) сильное 2) электромагнитное 3) слабое 4) гравитационное Каждый вид взаимодействия связывается с определенной характеристикой частицы. Гравитационное взаимодействие зависит от масс частиц:
Электромагнитное взаимодействие зависит от электрических зарядов. Электрический заряд частицы является одной из основных, первичных ее характеристик. Свойства электрических зарядов 1) существует два вида электрических зарядов: положительный и отрицательный; 2) в любой электрически изолированной системе алгебраическая сумма зарядов не изменяется (закон сохранения электрического заряда); 3) электрический заряд является релятивистски-инвариантным: его величина не зависит от того, движется он или покоится. 4) все заряды кратны заряду электрона: q= Ne, где N- целое число.
Точечным зарядом является заряженное тело, геометрическими размерами которого в данных условиях можно пренебречь. Закон Кулона (1785 г. ) Cила взаимодействия двух точечных электрических зарядов q 1 и q 2 находящихся в вакууме на расстоянии r друг от друга, определяется выражением где - орт радиус-вектора, направленный вдоль линии, соединяющей точечные заряды - электрическая постоянная. Единица заряда Кулон, Кл
Крутильные весы
Электрическое поле Всякий электрический заряд изменяет свойства окружающего пространства - создает электрическое поле, которое проявляет себя в том, что помещенный в какую-либо его точку другой, «пробный» заряд q 0 испытывает действие силы. Введем понятие вектора напряженности электрического поля, равного силе, с которой поле действует на единичный пробный заряд. Размерность напряженности:
Напряженность поля неподвижного точечного заряда на расстоянии r от него можно представить как Принцип суперпозиции Напряженность поля системы точечных зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, которые создавали бы каждый из зарядов в отдельности: где ri расстояние между зарядом qi и точкой пространства, в которой определяется напряженность поля.
Непрерывное распределение зарядов При переходе к непрерывному распределению зарядов вводят понятие о плотности зарядов - объемной , поверхностной и линейной . По определению где dq — заряд, заключенный соответственно в объеме d. V, на поверхности d. S и на длине dl. Если заряд распределен по объему, то надо заменить qi на dq и на , тогда: интегрирование проводится по всему пространству, в котором отлична от нуля.
Случай поверхностного распределения заряда: Случай линейного распределения заряда:
Пример. Поле на оси тонкого равномерно заряженного кольца радиуса R. Заряд кольца q. Найдем напряженность электрического поля на оси кольца как функцию расстояния x от его центра. Разделим кольцо на малые участки каждый из которых можно считать точечным зарядом. Разложим вектор напряженности d. E создаваемый выделенным элементом кольца на составляющие d. Ex и d. Ey. Запишем выражение для составляющей d. Ex от этого заряда dq в точке C:
Проинтегрируем это выражение: Выразим r и cos : С учетом этих соотношений запишем окончательную формулу:
Линии напряженности электрического поля Линии напряженности проводят так, чтобы касательная к ним в каждой точке совпадала с направлением вектора E, а густота линий, т. е. число линий, пронизывающих единичную площадку, перпендикулярную линиям в данной точке, была бы пропорциональна модулю вектора E. Линиям напряженности приписывают направление, совпадающее с направлением вектора E. Свойства силовых линий электрического поля: 1) начинаются на положительных зарядах, заканчиваются на отрицательных; 2) густота линий пропорциональна величине напряженности; 3) силовые линии никогда не пересекаются
Примеры построения линий напряженности
Скачать презентацию ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ В основе всего разнообразия
Электростатическое поле в вакууме.ppt