Закон Кулона. Напряженность и потенциал электростатического поля

1.

Лекция 1
Закон кулона. Напряженность и
потенциал электростатического
поля
Литература: Трофимова Т. И.
Курс физики: учеб. пособие для вузов
2006. — 560 с.

2.

1 модуль
Электростатика
2 модуль
Диэлектрики. Постоянный
электрический ток. Магнитное
поле в вакууме
3 модуль
Магнетизм

3.

Электростатика
—
раздел,
изучающий
взаимодействие неподвижных электрических
зарядов.
Точечным
зарядом
называют
такой
наэлектризованный объект, размерами которого
можно пренебречь, поскольку он слишком мал в
сравнении с расстоянием, отделяющим этот
объект от других заряженных тел.
Единица электрического заряда — кулон (Кл)

4.

С современной точки зрения,
носителями зарядов
являются элементарные
частицы. Все обычные тела
состоят из атомов, в состав
которых входят положительно
заряженные протоны,
отрицательно
заряженные электроны и
нейтральные частицы –
нейтроны.
Протоны и нейтроны входят в состав атомных ядер,
электроны образуют электронную оболочку атомов.
Электрические заряды протона и электрона по модулю
в точности одинаковы и равны элементарному
заряду e.

5.

Притяжение разноименных зарядов

6.

Отталкивание одноименных зарядов зарядов

7.

Заряды могут передаваться (например, при
непосредственном контакте) от одного тела к
другому.

8.

9.

Закон Кулона
—
физический
закон,
описывающий взаимодействие между двумя
неподвижными точечными электрическими
зарядами в вакууме.

10.

Формулировка закона Кулона
сила взаимодействия F между двумя
неподвижными точечными зарядами,
находящимися
в
вакууме,
пропорциональна зарядам ql и q2 и
обратно
пропорциональна
квадрату
расстояния r между ними.

11.

Сила, с которой заряд q1 действует на заряд q2,
согласно закону, находится по формуле:
F – сила Кулона(Н);
k – коэффициент пропорциональности;
q – заряд (Кл);
r – расстояние между двумя зарядами (м)

12.

В воздухе и в вакууме
:

13.

Напряженность электрического поля
Напряженность – главная силовая характеристика
электрического поля. Это векторная физическая
величина. В отличие от скалярных она имеет не только
значение, но и направление.
Е – напряженность (В/м), (Н/Кл);
F – сила, с которой поле действует
на точечный заряд (Н);
q – величина заряда (Кл).

14.

15.

Допустим, у нас есть несколько зарядов, которые
взаимодействуют. Вокруг каждого существует свое
электрическое поле. Тогда существует некая точка или
область, в которой одновременно существует
электрическое поле нескольких зарядов. Чему равна
общая
напряженность
электрического
поля,
создаваемого этими зарядами? Было установлено, что
общая сила воздействия на конкретный заряд,
расположенный в поле, является суммой сил,
действующих на данный заряд со стороны каждого тела.
Из этого следует, что и напряженность поля в любой
взятой точке можно вычислить, просуммировав
векторно напряженности, создаваемые каждым
зарядом в отдельности в той же точке. Это и есть
принцип суперпозиции.

16.

Принцип суперпозиции
Напряженность поля в любой взятой точке можно
вычислить,
сложив
вектора
напряженности,
создаваемые каждым зарядом в отдельности в той же
точке.

17.

Линии напряженности
Линии напряженности — это прямые, которые
совпадают с силовыми линиями в системе из
положительного
и
отрицательного
зарядов.
Касательные к ним в каждой точке электрического поля
имеют то же направление, что и напряженность этого
поля.

18.

19.

При графическом изображении силовых линий можно
передать не только направление, но и величину
напряженности электрического поля (разумеется,
условно). В местах, где модуль напряженности выше,
принято делать более густой рисунок линий. Есть и
случаи, когда густота линий не меняется — это бывает
при изображении однородного поля.

20.

Электрический диполь
это система, состоящая из двух точечных равных по
величине и противоположных по знаку зарядов,
находящихся на расстоянии l друг от друга

21.

22.

Потенциальная энергия заряженного
однородном электростатическом поле
тела
в
а) перемещение заряда происходит по прямой линии
В – отрицательно заряженная пластина
D – положительно заряженная пластина
Е - вектор напряженности электростатического поля
q – заряд тела, F – сила, действующая на заряд со стороны поля
Из раздела механики: механическая работа совершается,
только когда на тело действует сила, и оно движется.
Произведённая работа зависит от величины силы,
действующей на тело, и от длины пройденного телом пути.
A=F⋅s , где A — работа, F – сила, s — путь.
Электрическое поле при перемещении заряда совершит
работу А (Дж).
А =