Электричество и магнетизм

1.

ФИЗИКА, ч. II
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И
МАГНЕТИЗМ

2.

ЭЛЕКТРОСТАТИКА

3.

Это наука о неподвижных
зарядах и создаваемых ими
силовых полях.
Потому и “статика”.

4.

Электрический заряд
Это особая форма материи.
Вызывает взаимодействие
заряженных тел.
Как масса характеризует
гравитационное взаимодействие,
так заряд характеризует
электрическое взаимодействие.

5.

Свойства заряда:
1. Бывает + и ;
2. Дискретен. Заряд любого тела
q = ne .
n – целое число, e – элементарный заряд.
19
e 1,6 10 Кл
Заряд электрона равен –e.
Заряд протона равен +e;
1 Кулон – это очень большой
заряд!

6.

3. Одноименные заряды отталкиваются,
разноименные притягиваются.

7. Электроскоп

8.

Зарядить тела – значит
разделить
положительные и
отрицательные заряды,
входящие в состав
вещества этих тел.

9.

Закон сохранения
электрического заряда
В электрически изолированной
системе алгебраическая сумма
зарядов постоянна:
n
q
=
const
.
i
i 1

10.

Закон Кулона
Установлен в 1875
году на основе опытов
с крутильными
весами.

11. Опыт и схема установки Кулона

12.

Сила взаимодействия F двух
точечных зарядов
пропорциональна произведению
величин зарядов q1 и q2 и
обратно пропорциональна
квадрату расстояния
r между ними.

13.

q1q2
F =k 2
r

14.

k коэффициент пропорциональности
k
1
4 0

15.

q1q2
F=
2
4 0r

16.

0 электрическая постоянная
0 8,85 10
12
м
k 9 10
Ф
9
Ф
м

17.

Границы применимости закона Кулона
Закон справедлив:
1) Для точечных зарядов;
2) Для неподвижных зарядов;
3) В вакууме.

18.

Если заряды взаимодействуют в
диэлектрической среде, то
k q1q2
F= 2
r

19.

диэлектрическая
проницаемость среды
В случае вакуума
и воздуха

20.

q1q2
F=
2
4 0 r

21.

Напряженность
Всякий заряд создает в
пространстве
электрическое поле.
Взаимодействие между
зарядами осуществляется
через их электрические поля.

22.

Поля, которые создаются
неподвижными
зарядами, называют
электростатическими.

23.

Для исследования поля
нужен пробный заряд
такой , который своим
действием не искажает это
поле.
Обозначим его
qпр .

24.

Чем больше пробный
заряд, тем больше и
действующая на него
сила. Это видно из
закона Кулона.

25.

Отношение силы,
действующей на пробный
заряд, к величине этого
заряда не зависит от
величины пробного заряда
и характеризует данную
точку поля.

26.

Это отношение называют
напряженностью
электростатического поля:
F
E=
qпр

27.

Если qпр 1 Кл , то E = F .
Напряженность
электростатического поля в
некоторой точке поля равна
силе, действующей на единицу
положительного заряда,
помещенного в эту точку.

28.

Для точечного заряда
qqпр r
F
E=
=k 2
qпр
r qпр r
q r
E=k 2
r r

29.

По величине
q
E=k 2
r

30.

Единица измерения
напряженности –
вольт на метр (В/м).

31.

С иловые линии
В каждой точке вектор
напряженности направлен
по касательной к силовой
линии.

32.

Густота линий тем
больше, чем больше
модуль напряженности.

33.

34.

Поле точечного заряда
Это центральное поле.

35.

Поле системы двух разноименных
точечных зарядов

36.

Свойства силовых линий:
1. Силовые линии не пересекаются.
2. Имеют начало и конец.
Силовые линии выходят из положительных
зарядов и заканчиваются на отрицательных.
Могут начинаться и заканчиваться на
бесконечности.
Линия напряженности
электростатического поля никогда не
замыкается в кольцо!

37.

Про такое поле говорят, что
оно имеет источники.
Этими источниками являются
заряды.
Положительные заряды –
источники поля.
Отрицательные заряды – стоки
поля.

38.

Потенциал
Так как электростатическое поле
точечного заряда является
центральным, то оно является
потенциальным.
А кулоновские силы
консервативны.

39.

В каждой точке такого
поля пробный заряд
обладает потенциальной
энергией W П .
Эта энергия тем больше,
чем больше qпр .

40.

Но отношение W П к qпр не зависит
от величины пробного заряда.
Это отношение называют
потенциалом.
WП
φ=
qпр

41.

Как W П определяется с точностью
до константы, так и определяется с точностью до константы. То
есть нуль потенциала можно
выбрать в любой точке. Важна
только разность потенциалов.
Часто выбирают на
бесконечности.

42.

Если qпр 1 , то = WП .
Потенциал равен
потенциальной энергии
единичного положительного заряда.

43.

В потенциальном поле
работа консервативной
силы равна убыли
потенциальной энергии.
dWП = -dA

44.

Перемещая пробный заряд из
точки 1 в точку 2 кулоновская
сила совершает работу
A12 = W П1 - W П2

45.

Расположим точку 2 на
бесконечности. Там WП 2 = 0 .
A = WП
Поделим на qпр :
A WП
=
qпр qпр

46.

Если qпр 1 , то A = .
Потенциал численно равен
работе кулоновских сил по
перемещению единичного
положительного заряда из
данной точки поля на
бесконечность.

47.

Единица измерения
потенциала – 1 Вольт (В).

48.

Эквипотенцальные поверхности
Это поверхности равного потенциала.
Поле изображают графически с помощью силовых
линий и эквипотенциальных поверхностей.

49.

Потенциал поля точечного
заряда
q
k
r
(будет получено далее)

50.

Теорема о циркуляции
В потенциальном поле
работа силы по замкнутой
траектории равна нулю.
AL = 0

51.

AL ( F d ) (qE d ) q E d 0
L
L
L
Видим, что E при обходе меняет знак.

52.

Теорема о циркуляции: циркуляция
вектора напряженности по замкнутому
контуру равна нулю.
E
d
0
L
Утверждает потенциальность
электростатического поля.