Ульянов Александр Иванович ФИЗИКА Электростатика электрический ток магнетизм

Ульянов Александр Иванович ФИЗИКА Электростатика, электрический ток, магнетизм, электромагнетизм. Экзамен Учебник: Трофимова Т. И. «Курс физики» , 1998 г РГР в виде задач Волькенштейн В. С. Сборник задач по общему курсу физики, 2003. 1

Электростатика

Электростатическое поле

Лекция 1. Электростатика - закон сохранения эл. заряда; - закон Кулона; - электростатическое поле; - принцип суперпозиции эл. полей. Трофимова Т. И. «Курс физики» , 1998 г § 77 - 80, стр. 148 - 154 4

1. Электрический заряд Электростатика изучает статические Заряды q бывают 2 -х знаков «+» и «-» . (неподвижные) заряды и связанные с ними электрические поля. Милликен, 1909 г. установил: величина заряда q любого тела кратна е: . q = ±ne где е - заряд электрона, n – целое число. (атом)

Валентный е Ядро е = 1, 6∙ 10 -19 Кл. Носители элементар- ного заряда: - электрон (q = -е), - протон (q = +е). Атом электр. нейтрален. Валентные е слабо связаны с атомом и может быть легко (трение, ионизация) оторваны и перемещены на другое тело. Тела с избытком е заряжены (-), с недостатком е – (+). Закон сохр. q

2. Закон сохранения зарядов При электризации трением оба тела заряж-ся равными по величине, но разноименными зарядами +q и –q. При соприкосновении тел их заряды исчезают. При этом суммарный q на телах не измся - происходит их перераспред-е. Закон

В замкнутой системе алгебр. сумма эл. зарядов остается постоянной. Закон Сохранения Зарядов ЗСЗ – закон фундаментальный, он выпол-ся как для макро-, так и для микромира. Пример: е- + е+ = 2γ Эл-н n → p+ Нейтрон Протон Позитрон + e- Эл-н γ - квант + ν Антинейтрино Закон Кулона

3. Закон Кулона Точечный заряд (q) –заряженное тело, размеры которого малы по сравн-ю с расст. до других заряж. тел. Кулон (Франция, 1784 г) на опыте опред-л силу взаимодействия точечных q. q одного знака - отталкиваются, разноименные - притягиваются. 9 Рис. и формула FК

+q 1 r r +q 2 +q 1 -q 2 Закон Кулона Здесь: Электр. постоянная. - вектор силы, направлен вдоль прямой, соед-щей q. Далее

• Обозначим: Тогда: Закон Кулона Велики ли силы Кулона? 11

• Кулоновские силы велики. • Так если в человеке е будет на 1% больше, то на расстоянии 1 шага от такого же человека возникнет сила отталкивания, равная весу Земли! Напряженность эл. поля 12

4. Напряженность эл. поля Силовое действие q - на расстоянии. Гипотеза: вокруг зар. тел существует электростатическое поле. Величину эл. поля можно найти с помощью пробного заряда +q. ПР (q. ПР<

q + q. ПР + F Напряженность эл. поля. r Е – силовая характер-ка эл. поля и равна силе, действ. на ед. полож. q, наход-ся в этом поле. Размерность : Если q помещен в эл. поле напряжен. Е, то на него действует сила: Направление Е

Если заряд (+), то направл. совпадает с. Поле E от точеч. заряда q. На q. ПР действ. сила: Напряжен. эл. поля от точеч. q. Силовые линии поля Е

5. Силовые линии эл. поля Эл. поле представляют графически силовыми линиями. Силов. линии поля Е проводят так, что касательная к ним дает в каждой точке направление, а густота линий – величину вектора. Е S Е А Е C ЕА > E C S СЛ от конкретных зарядов

Силовые линии поля Е заряженных тел Е Е СЛ поля Е точечного заряда. Пол Е в конденсаторе однородно Силовые Линии поля Е начин-ся на +q и заканч-ся на –q или уходят в ∞. СЛ однородного поля Е парал-ны. Принцип суперпозиции

6. Принцип суперпозиции эл. полей Пусть поле Е создается несколькими q. Найдем Е в т. А. Поместим в т. А +q. ПР. А q 1 q 3 F 3 qпр F 2 F 1 q 2 Принцип суперпозиции Словами

Напряжен. эл. поля Е от системы точеч. q равна векторной сумме полей Еi, создаваемых в данной точке каждым из q в отдельности. Принцип суперпоз. позволяет вычислять поле Е от любой системы q. Если заряд q протяженный, то его разбивают на малые части dq и поле от них суммируют векторно. Правила сложения векторов

Правила сложения векторов Задача. Два одноименных заряда q 1 и q 2 нах-ся на расст. а друг от друга. Найти Е в точке, нах-ся на расст. b от первого и на расст. с от второго q. E φ Е 2 b q 1 Е 1 c φ a q 2 Эл. диполь

5. Эл. поле диполя Диполь - система двух разноим. , но одинаковых по величине точеч. +q и –q, наход-ся на расст. r >>ℓ. (ℓ -плечо диполя) -q +q r Плечо диполя от (-q) к (+q). А – вектор, направл-ный Эл. момент диполя, вектор. Поле диполя 21

Е в т. вдоль оси диполя ½ℓ -q +q а ℓ << r А Е- r ЕA Е+ ЕА = Е + - Е- 3 0 Далее

Напряж. эл. поля вдоль оси диполя. Поле Е диполя убывает с рассто-ем ~1/r 3 Поле, перпендикулярное оси диполя

E+ Поле Е в т. , ┴ оси диполя ℓ<

Задача. По тонкому кольцу радиуса R равномерно распр-н заряд +q с линейной плотностью τ. Найти Е в точке А на расст. а от центра кольца. у Линейная плотность зарядов dℓ, dq r R φ а A х d. E Выделим элемент кольца dℓ, заряд которого Перенос рис.

у Линейная плотность зарядов dℓ, dq r R φ а A d. Eх х φ d. Eу d. E Поскольку Для удобства суммирования вектор d. E разложим на d. EX и d. EУ : Перенос рис.

у dℓ, dq r R A φ d. Eх φ а d. Eу х d. E Для нахожд. Е надо суммировать d. Ey и d. Ex от всех dq кольца. 27 от каждых двух диаметрально противоположных dℓ взаимно компенcир-ся: Составл. d. EУ ℓ 0 d. Ex-?

у dℓ, dq r R φ а A d. Eх φ d. Eу х d. E а/r Тогда: Поскольку:

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

• Электрическое поле диполя. 30

Поле Е в произвольной точке от диполя EA r φ -q A Здесь φ – угол между r и осью диполя. +q Поле Е от заряженного кольца