Электрическое поле (Лекция 2)

1.

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ
проф. Целебровский Юрий Викторович,
II-415,
консультации – понедельник, 1600-1800

2.

Электрическое и магнитное
поля

3.

Поля физические – особая форма материи; система с
бесконечно большим числом степеней свободы.
Степени свободы – независимые возможные изменения
Концепция
(суть)
поля состоит
в том, что участвующие во
состояния
физической
системы
взаимодействии частицы (тела) создают в каждой точке
окружающего их пространства особое состояние (поле сил),
проявляющееся в силовом воздействии на другие частицы (тела),
помещаемые в какую-либо точку этого пространства.
В макромире существенное значение имеют гравитационное и
электромагнитное взаимодействия. Этим взаимодействиям
соответствуют:
- гравитационное поле;
- электромагнитное поле.

4.

Гравитационное поле;
m1m2
F G 2
r
r
m1
F
G = 6,67259(85)·10-11м3кг-1с-2
гравитационная постоянная
F
m2

5.

электромагнитное поле.
Электромагнитное поле есть вид материи,
определяющийся во всех точках двумя
векторными
величинами,
которые
характеризуют
две
его
стороны
«электрическое поле» и «магнитное поле».
Электромагнитное поле оказывает силовое
воздействие на заряженные частицы,
зависящее от скорости и значения их заряда.

6.

Электромагнитное поле.
Электрическое поле
Электрическое поле создается зарядом.
Электрический заряд есть свойство частицы или тела,
характеризующее их взаимосвязь с собственным электрическим
полем и их взаимодействие с внешним электрическим полем.
Единица измерения электрического заряда –кулон (Кл)
Элементарный электрический заряд | е | = 1,60217733(49)×10-19 Кл.
Элементарным электрическим зарядом обладают элементарные частицы:
Протон – положительный заряд eпротона= + 1,60217733(49)×10-19 Кл.
Электрон – отрицательный заряд eэлектрона=
- 1,60217733(49)×10-19 Кл.

7.

электромагнитное поле.
Электрическое поле
F
F
1
4 0
+
q1
-+
qq22
r
ε0 = 8,854187817·10-12 Ф·м-1
электрическая постоянная
q1q2
2
r
F

8.

Сравнение сил гравитационного и электрического полей
Гравитационное поле Электрическое поле
m1m2
F G 2
r
F
1
4 0
q1q2
2
r
Взаимодействуют два ядра фермия (Fm), содержащие по 100 протонов
m= 1,673∙10-27 ×100кг
r=1м
G = 6,673·10-11м3кг-1с-2
q=1,602∙ 10-19 ×100Кл
r=1м
ε0 = 8,854·10-12 Ф/м
Сила притяжения
Fграв=10-65Н
Сила отталкивания
Fэлектр=2,307·10-20Н

9.

Электрическое поле
q
Электрическим полем называется силовое поле, в котором
действующие силы определяются законом Кулона
Силовая линия – элемент
изображения силового поля.
Силовой линией называется линия, касательные к которой в
каждой точке совпадают с направлением силы в этой точке

10.

Электрическое поле
Поток электрического смещения
q
r
Q=Σq
Поток электрического смещения
через замкнутую поверхность равен
электрическому заряду, находящемуся
в объёме, ограниченном этой
поверхностью. (Закон Гаусса)
Каждая точка поля характеризуется векторной величиной - D,
называемой «плотность потока электрического смещения»
Если электрический заряд находится в центре сферы с
радиусом r, то

11.

Электрическое поле
Напряжённость электрического поля
q
r
Напряжённостью электрического
поля называется сила, действующая в
электрическом поле на тело с
точечным зарядом в 1 Кулон
qпр=1Кл
D=ε0E

12.

Электрическое поле
Потенциалы электрического поля
q
q
φ
a а
Единица измерения
электрического потенциала:
Потенциал электрического
поля – энергия, затраченная на
перемещение единичного
заряда из «бесконечности» в
рассматриваемую точку поля
b
φа > φ в
φв

13.

Электрическое поле
Электрическое напряжение
q
q
a
Электрическое напряжение между
двумя точками – это работа по
перемещению единичного заряда
между этими точками против сил
поля. U
b
Дж
Кл
=В

14.

Потенциалы электрического поля
φ
Разность потенциалов:
φa - φb = Uab
φa
φb
q
a
b
r

15.

Напряжённость электрического поля
φ
Разность потенциалов:
φb - φa = U
ba
Градиент потенциала:
U ab
φU
U
В
E
lab
l
l
м
b
q
φa
Напряженность электрического поля
b
lab
a
r

16.

Работа и энергия
Механическая
Электрическая
А = F×l
U = E×l
джоуль = ньютон×метр
вольт = джоуль/кулон
Е – сила, действующая на
единичный заряд
Напряжённость – основная характеристика
электрического поля
[В/м] = [Н/Кл]

17.

Электрическое поле
q
r
F
Напряжённость
электрического
поля
Е
q1q2
2
r
q
2
4 r
1
4 0
1
0
D – плотность потока электрического смещения
D=ε0E; в веществе - D=ε0εE
Потенциал электрического поля
Электрическое напряжение
U = E∙l = φ - φ
AB
AB
B
A

18.

Лекция окончена.
Прошу задавать вопросы.
Можно в письменном виде.