Электрические заряды. Закон сохранения заряда. Закон

1.

Основы
электродинамики
Тема: Электрические заряды.
Закон сохранения заряда. Закон
Кулона. Напряженность.
Принцип суперпозиции.
Силовые линии электрического
поля.

2.

Электрические заряды
Электростатика – раздел физики, в котором
изучается взаимодействие неподвижных
электрических зарядов (электростатическое
взаимодействие).
Электрический заряд – физическая величина,
характеризующая способность тел и частиц к
электрическим взаимодействиям
Электрический заряд обычно обозначается буквой
q.

3.

Электрические заряды
Существует два рода электрических зарядов, условно
названных положительными и отрицательными.
Заряды
могут
передаваться
(например,
при
непосредственном контакте) от одного тела к другому. В
отличие от массы тела электрический заряд не является
неотъемлемой характеристикой данного тела. Одно и то же
тело в разных условиях может иметь разный заряд.
Одноименные заряды отталкиваются, разноименные –
притягиваются.
(В
этом
также
проявляется
принципиальное отличие электромагнитных сил от
гравитационных. Гравитационные силы всегда являются
силами притяжения.)

4.

Положительные и отрицательные
электрические заряды

5.

Перенос заряда с заряженного
тела на электрометр

6.

Закон сохранения электрического
заряда.
В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов
всех тел остается постоянной
q1 q2 q3 ... qn const
Заряд может передаваться от одного тела к другому
только порциями, содержащими целое число
элементарных зарядов. Таким образом, электрический
заряд тела – дискретная величина:
q N e
Где N- целое число

7.

8.

Закон взаимодействия неподвижных
зарядов (закон Кулона)
Открыт французским физиком
Шарлем Кулоном в 1785 г.

9.

Закон взаимодействия неподвижных зарядов
(закон Кулона)
1 – упругая нить с
подвешенным на ней
горизонтальным рычагом 2;
3 и 4 – проводящие шарики,
укреплённые на концах
рычага;
5 – шкала;
6 – заряженный шарик
В опытах Кулона измерялось взаимодействие между
шариками, размеры которых много меньше
расстояния между ними. Такие заряженные тела
принято называть точечными зарядами.
Точечным зарядом называют
заряженное тело, размерами
которого в условиях данной задачи
можно пренебречь.

10.

Закон взаимодействия неподвижных зарядов
(закон Кулона)
Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо
пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно
пропорциональны квадрату расстояния между ними.
q1 q2
F k 2
r

11.

Закон взаимодействия неподвижных зарядов
(закон Кулона)
Силы взаимодействия подчиняются третьему закону
Ньютона:
Они являются силами отталкивания при одинаковых
знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках.
Взаимодействие неподвижных электрических зарядов
называют электростатическим или кулоновским
взаимодействием.
F1 F2

12.

13.

Закон взаимодействия неподвижных зарядов
(закон Кулона)
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.
Коэффициент k в системе СИ обычно записывают в виде:
k
1
4 0
Кл
8
,85
10
где
электрическая постоянная
0
2
Н
м
12
2
Элементарный заряд электрона
e = -1,602177·10–19 Кл ≈- 1,6·10–19 Кл.

14.

Диэлектрическая проницаемость среды
Влияние той или иной среды на величину электрического
взаимодействия между зарядами можно оценить, если
сравнить силы взаимодействия между зарядами в
отсутствие среды (F0) и при её наличии (F). Назовём
отношение сил диэлектрической проницаемостью среды
и обозначим эту величину ε:
ε = F0 /F
Диэлектрическая проницаемость
величина.
ε – безразмерная
Для пустоты (вакуума) ε = 1
Для воздуха при 0 oС и атмосферном давлении 1,000594

15.

Закон взаимодействия неподвижных зарядов
в среде (закон Кулона)
0 - Электрическая постоянная
- Диэлектричаская проницаемость среды
q
1 q
1 2
F
2
4
r
0

16. Силовые линии электрического поля

СИЛОВЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
Силовые линии электрического поля – это непрерывные линии, касательные к
которым в каждой точке совпадают по направлению с векторами
напряженности
Правила построения силовых линий:
1.Силовые линии не пресекаются, то есть через каждую точку пространства
может проходить только одна силовая линия;
2.Силовые линии не замкнуты, то есть начинаются на положительных зарядах и
заканчиваются на отрицательных;
3.Густота силовых линий определяет, насколько велика абсолютная величина
напряженности электрического поля в данной области пространства.
Силовые линии электрического поля уединенного заряда уходят в
бесконечность. Напряженность поля очень сильно уменьшается с
увеличением расстояния от заряда.

17.

Силовые линии поля электрического диполя (а) и
одноименных зарядов (б)

18. Напряженность электрического поля

.
НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
Электрическое поле обладает силовой характеристикой. Эта векторная величина
называется напряженностью и определяется для каждой точки пространства
вокруг заряженного тела, которое это поле создает.
F
E
qп
Сила взаимодействия прямо пропорциональна
величине пробного заряда, а данная точка
пространства характеризуется напряженностью
электрического поля заряда Q, совпадающего по
направлению с силой
F
Н
E
Кл
F
q qп
q
E
k 2
k 2
qп
r qп
r
Напряженность электрического поля зависит
только от заряда, который это поле создает, и от
расстояния между зарядом и точкой, для которой
вычисляется значение напряженности.

19.

Принцип суперпозиции
Если в данной точке пространства различные заряженные
частицы создают
поля, напряжённости
электрические
которых E1 , E2 , E3 т . д., то результирующая
напряжённость поля в этой точке равна сумме
напряжённостей этих полей:
E E1 E2 E3 ... En
Напряжённость поля,
создаваемого отдельным зарядом,
определяется так, как будто других
зарядов, создающих поле, не
существует.
Напряженность электрического поля
двух зарядов.

20.

21. Виды электрических полей

ВИДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ
Если силовые линии электрического поля параллельны друг
другу и их густота одинакова, то такое электрическое поля
называется однородным и не изменяется с расстоянием.
Если силовые линии не параллельны друг другу и их густота
разная в различных областях пространства, то такое поле
называется неоднородным.
Область пространства, в которой силовые линии гуще,
характеризуется большим значением напряженности, чем
область пространства, в которой силовые линии реже.

22. Поле заряженного шара. 

ПОЛЕ ЗАРЯЖЕННОГО ШАРА.
Внутри проводящего шара (r < R) напряженность поля равна
нулю.
На расстоянии r ≥ R от центра шара напряжённость поля
определяется E k q2
, как и напряжённость поля
r
точечного заряда, помещённого в центре сферы.

23.

Закрепление пройденного материала. Задачи
1. Два одинаковых шарика, заряженные один отрицательным
зарядом 1,5 мкКл, другой положительным 25 мкКл,
приводят в соприкосновение и вновь раздвигают на 5 см.
Определите заряд каждого шарика после соприкосновения
и силу их взаимодействия.
2. Заряды 10 и 16 нКл расположены на расстоянии 7 мм друг
от друга. Какая сила будет действовать на заряд 2 нКл,
помещенный в точку, удаленную на 3 мм от меньшего
заряда и на 4 мм от большего?
3. Определите расстояние между двумя одинаковыми
электрическими зарядами, находящимися в масле с
диэлектрической
проницаемостью
3,
если
сила
взаимодействия между ними такая же, как в вакууме на
расстоянии 30 см.

24.

Закрепление пройденного материала
1. Что такое электрический заряд?
2. В чём сходство и отличие электрического заряда и
гравитационной массы?
3. Как взаимодействуют одноимённые и разноимённые
электрические заряды?
4. Какой заряд называют элементарным?
5. Когда тело является электрически нейтральным, а когда
заряженным?
6. Сформулируйте закон сохранения электрического заряда.
7. Что определяет закон Кулона?
8. Какая величина характеризует влияние среды на силу
взаимодействия между зарядами?
9. Напишите закон Кулона для взаимодействия зарядов с учётом
среды.
10. Чему равен коэффициент пропорциональности k в законе
Кулона?
11. Единицей электрического заряда в системе СИ является?