Основы электродинамики. Лекция №3. Тема №5

1. Раздел: «Физика» Лекция №3 Тема № 5 «Основы электродинамики»

2. Электирический заряд

• Электродинамика – это наука о свойствах и
закономерностях особого вида материи –
электромагнитного поля, которое осуществляет
взаимодействие между электрическими заряженными
телами или частицами.
• Электростатика – это раздел электродинамики, в
котором изучаются свойства и взаимодействия
неподвижных тел или частиц, обладающих
электрическим зарядом (неподвижных в какой-либо
инерционной системе отсчѐта), то есть законы
электростатики.
• Тела или частицы, которые действуют на окружающие
предметы электрическими силами, называют
заряженными или наэлектризованными.

3. Электирический заряд

Частицы имеют электрический заряд, если они
взаимодействуют друг с другом посредством
электрических сил. Электрические силы
уменьшаются с увеличением расстояния между
частицами. Электрические силы во много раз
превышают силы всемирного тяготения.
Электрический заряд – это физическая величина,
которая определяет интенсивность
электромагнитных взаимодействий.
Электрический заряд обычно обозначается
буквами q или Q.
Электромагнитные взаимодействия – это
взаимодействия между заряженными частицами
или телами.

4. Электирический заряд

1.
2.
Электрические заряды делятся на
Положительные (+)
Отрицательные (−).
Положительным зарядом обладают стабильные
элементарные частицы – протоны и позитроны (1932 г.
− К. Андерсон открыл позитрон), а также ионы атомов
металлов и т.д.
• Стабильными носителями отрицательного заряда
являются электрон и антипротон.
• Существуют электрически незаряженные частицы, то
есть нейтральные: нейтрон, нейтрино.
В электрических взаимодействиях эти частицы не
участвуют, так как их электрический заряд равен
нулю.
Частицы отталкиваются при зарядах одинаковых знаков
(одноимѐнные заряды), а при разных знаках
(разноимѐнные заряды) частицы притягиваются.

5. Закон Кулона

• Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо
пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно
пропорциональны квадрату расстояния между ними:
Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона:
В Международной системе СИ за единицу заряда принят кулон (Кл).
Кулон – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение
проводника при силе тока 1 А. Единица силы тока (ампер) в СИ
является наряду с единицами длины, времени и массы основной
единицей измерения.
Коэффициент k в системе СИ обычно записывают в виде: K=1/4πƐ0 ;
где – Ɛ0=8,85*10-12Кл2/Н*м2 электрическая постоянная.

6. Магнитное поле тока

Электрическим током называют всякое упорядоченное движение свободных
зарядов в пространстве. За направление электрического тока принимается
направление движения положительных зарядов.
Действия электрического тока:
1. Тепловое
2. Химическое;
3. Магнитное
Условия существования электрического тока:
1. Наличие свободного носителя заряда;
2. Наличие электрического поля;
3. Наличие замкнутой цепи
Сила тока – физическая величина, равная отношению заряда проходящего через
поперечное сечение проводника за небольшой промежуток времени к
длительности этого промежутка. Силу тока измеряют в Амперах (А).
Ток называется постоянным, если его сила не меняется с течением времени.
Закон Ома. Для однородного участка цепи:
сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и
обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Единица сопротивления
называется Омом (Ом).
Что бы найти напряжение (U) на данном участке цепи, надо работу тока (А)
разделить на заряд (q), прошедший по этому участку: U = A/q.
Единица электрического напряжения называется Вольтом (B).

7. Электрическое поле

- это особый вид материи, которая существует вокруг электрически
заряженных элементарных частиц (электроны и протоны). Через
электрические поля передаѐтся воздействие одного электрического заряда
(неподвижного) на иной неподвижный электрический заряд.
К свойствам электрического поля можно отнести:
1. невидимость (их определение происходит через поведение пробного
электрического заряда);
2. электрические поля взаимодействуют только лишь с электрическими
полями;
3. оно имеет векторное направление;
4. может притягивать либо отталкивать;
5. существует всегда вокруг заряженных частиц (в отличие от магнитного
поля);
6. обладает свойством концентрации и неоднородности (имеется в виду
напряженность).
Главное свойство электрического поля – действие на электрические
заряды с некоторой силой.
Напряженностью электрического поля называют физическую величину,
равную отношению силы, с которой поле действует на положительный
пробный заряд, помещенный в данную точку пространства, к
величине этого заряда:

8. Электромагнитные колебания и волны

Периодические изменения заряда q, силы тока I и напряжения U называют
электрическими колебаниями.
Электромагнитные колебания — это колебания электрического и
магнитного полей, которые сопровождаются периодическим изменением
заряда, силы тока и напряжения. Простейшей системой, где могут
возникнуть и существовать свободные электромагнитные колебания,
является колебательный контур. Колебательный контур — это цепь,
состоящая из катушки индуктивности и конденсатора. Для получения
незатухающих электромагнитных колебаний применяют индукционный
генератор.
Электромагнитная волна - процесс распространения электромагнитного
поля в пространстве.
• Электромагнитная волна представляет собой процесс
последовательного, взаимосвязанного изменения векторов
напряжѐнности электрического и магнитного полей, направленных
перпендикулярно лучу распространения волны, при котором изменение
электрического поля вызывает изменения магнитного поля, которые, в
свою очередь, вызывают изменения электрического поля. Расстояние
между точками, разность фаз колебаний в которых равна ,
называется длиной волны - λ .
Длина волны это расстояние, которое проходит волна за время, равное
периоду колебаний.

9. Тема №6 «Оптика»

Свет − это электромагнитные волны,
вызывающие зрительное ощущение.
Их длина лежит в пределах от 0.4 до 0,8 мкм.
Скорость света в вакууме с = 3·108 м/с.
Луч − это направление распространения
энергии в световом пучке, т.е. это прямая
линия. Чем уже световой пучок, тем точнее он
определяет направление луча.

10.

1.Закон прямолинейного распространения света. В
однородной среде свет распространяется вдоль прямых
линий.
2.Закон отражения света.
Луч падающий, луч отраженный и
перпендикуляр к отражающей
поверхности, восставленный в точке
падения луча, лежат в одной
плоскости, причем угол отражения
(β) равен углу падения (α).
3.Закон преломления света.
Луч падающий, луч преломленный и
перпендикуляр к границе раздела
двух сред, восставленный в точке
падения луча, лежат в одной
плоскости; отношение синуса угла
падения (α) к синусу угла
преломления (γ) есть величина
постоянная для данных двух сред.

11. Линзы. Оптическая сила линзы

Линза – это прозрачное тело, ограниченное двумя сферическими или
криволинейными поверхностями, одна из которых может быть
плоской.
Тонкая линза – физическая модель линзы, в которой ее толщиной
можно пренебречь по сравнению с диаметром линзы.
Классификация линз
1. По форме:
выпуклые – это линзы, у которых средняя часть толще, чем края;
вогнутые – это линзы, у которых края толще, чем средняя часть.
2. По оптическим свойствам:
собирающие – это линзы, после прохождения которых параллельный
пучок лучей собирается в одной точке;
рассеивающие – это линзы, после прохождения которых параллельный
пучок лучей рассеивается.

12. Величины, характеризующие линзу

Главная оптическая ось – это прямая, проходящая через центры сферических поверхностей линзы.
Оптический центр линзы – это точка пересечения главной оптической оси с линзой, проходя через которую луч не изменяет
своего направления.
Побочная оптическая ось – это любая прямая, проходящая через оптический центр линзы под произвольным углом к главной
оптической оси.
Фокус линзы – это точка, в которой пересекаются после преломления лучи, падающие на линзу параллельно главной оптической
оси.
Обозначение – ​F​.
Фокусное расстояние – это расстояние от оптического центра линзы до ее фокуса. Обозначение – F, единица измерения – м.
Фокальная плоскость – это плоскость, проходящая через фокус линзы перпендикулярно ее главной оптической оси.
Побочный фокус – это точка пересечения побочной оптической оси с фокальной плоскостью.
Оптическая сила линзы – это величина, обратная фокусному расстоянию.
Обозначение – ​D​, единица измерения – диоптрия (дптр):
1 дптр – это оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м.
Когерентными называют источники, испускающие колебания в одинаковых фазах или с постоянной
разностью фаз.
Интерференцией света называют сложение световых пучков, приводящее к образованию устойчивой во
времени картины светлых и темных полос. Интерференция света возможна только от когерентных
источников.