Электростатика. Электрический заряд

1. Электростатика

900igr.net

2. Электростатика

• Электрический заряд
• Электрическое поле
• Конденсаторы

3. Электрический заряд

• Эл. заряд и элементарные
частицы
• Закон сохранения эл. заряда
• Закон Кулона

4. Электрическое поле

Эл. поле
Напряженность
Силовые линии
Проводники в эл. поле
Диэлектрики в эл. поле
Потенциал

5. Конденсаторы

• Электроемкость
• Конденсаторы
• Энергия заряженного
конденсатора

6. Электрический заряд

q Кл
Один кулон (1 Кл) – это заряд, проходящий за
1 с через поперечное сечение проводника при
силе тока 1А.
q0 1,6 10
19
Kл
- элементарный
электрический заряд.

7.

Электрический заряд
частицы
протоны
электроны
-19
q = + 1,6 * 10
mp = 1,67*10
Кл
-27
кг
q = - 1,6 * 10
-19
-31
me = 9,1*10
нейтроны
q=0
mn = 1,67*10
-27
кг
Кл
кг

8. Закон сохранения заряда

В замкнутой системе алгебраическая сумма
зарядов всех частиц остается неизменной.
q
1
+ q2 + q3 + … +qn = const
При электризации тел происходит
перераспределение зарядов между телами.

9. Электризация тел

10. Электризация тел

11. Электризация тел

12. Электризация тел

13. Электризация тел

14. Электризация тел

15. Взаимодействие зарядов

q1
F
F
q2
1785 г.
r
q1 q2
- Закон Кулона.
F k
2
r
Сила взаимодействия двух точечных
неподвижных заряженный тел в вакууме
прямо пропорциональна произведению
модулей зарядов и обратно пропорциональна
квадрату расстояния между ними.

16. Взаимодействие зарядов

2
H
м
9
k 9 10
Кл 2
k
1
4 0
0 8,85 10 12
0
Кл2
Н м2
k – коэффициент
пропорциональности,
численно равный силе
взаимодействия двух
точечных зарядов по 1 Кл,
находящихся в вакууме на
расстоянии 1 м.
- электрическая постоянная.

17. Взаимодействие зарядов

Разноименные
заряды
притягиваются, а
одноименные
отталкиваются.

18. Взаимодействие зарядов

F = F 1 + F2
F1
F2
F

19. Электрическое поле

•Согласно идее Фарадея электрические
заряды не действуют друг на друга
непосредственно.
•Каждый из них создает в окружающим
пространстве электрическое поле.
•Поле одного заряда действует на другой
заряд и наоборот.
•По мере удаления от заряда поле ослабевает.

20. Электрическое поле

•Электрическое поле материально, оно
существует независимо от нас и наших
знаний о нем.
•Главное свойство электрического поля –
действие его на электрические заряды с
некоторой силой.
•Электрическое поле неподвижных зарядов
называют электростатическим. Оно не
меняется со временем.

21. Напряженность электрического поля

Напряженность – силовая характеристика
электрического поля – она определяет силу, с
которой эл. поле действует на эл. заряд.
F
E
q
F E q
Н
E
Кл
q>0
q<0
E
E

22. Напряженность электрического поля

F E q
q Напряженность эл.
E k 2 поля точечного заряда
q1 q2
F k
r на расстоянии r от
2
r
него.
E
0
r

23. Напряженность электрического поля

Принцип суперпозиции полей.
E = E 1 + E2 + …
E1
E2
E

24. Напряженность электрического поля

Линии напряженности (или силовые линии
электрического поля) – это непрерывные
линии, касательные к которым в каждой
точке, через которую они проходят, совпадают
с векторами напряженности.
E
E

25. Напряженность электрического поля

26. Напряженность электрического поля

Сфера.
+
+
+
+
+
+
R
+
A
EA
q Напряженность поля на
E k 2
R поверхности сферы.
E k
q
R r
2
Напряженность поля вне сферы.
A
EA

27. Напряженность электрического поля

Сфера
+
+
+
+
+
R
Напряженность поля
внутри проводящего
шара равна нулю.
Eв нутр 0
Е
+
r
0
R

28. Напряженность электрического поля

Плоскость
E
E
2 0
Кл
2
м
q
S
поверхностная
плотность
заряда
q
E
2 S 0

29. Напряженность электрического поля

Однородное
электрическое поле.
A
Неоднородное
электрическое поле.
A
B
EA = EB
B
EA > EB

30. Проводники в электрическом поле

• Проводники –это вещества с большой
концентрацией свободных
заряженных частиц.
• Проводниками являются металлы,
электролиты.

31. Проводники в электрическом поле

+
Eитог = E0 + Eэ
+
+
E0 = Eэ
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Eэ
E0
Eитог = 0
•Электростатического поля внутри проводника нет.
•Весь статический заряд проводника сосредоточен на
его поверхности.

32. Диэлектрики в электрическом поле

• Диэлектрики (изоляторы) – это
вещества, с малой концентрацией
свободных заряженных частиц.
• Диэлектриками являются такие
вещества как резина, дерево, фарфор.

33. Диэлектрики в электрическом поле

Виды диэлектриков:
• Полярные, состоящие из таких молекул, у
которых центры распределения положительных и
отрицательных зарядов не совпадают. (спирты,
вода, поваренная соль).
+
• Неполярные, состоящие из атомов или молекул, у
которых центры распределения положительных и
отрицательных зарядов совпадают. (инертные
газы, кислород, полиэтилен).

34. Диэлектрики в электрическом поле

-
-
+
+
E
E
Смещение положительных и
отрицательных связанных
зарядов диэлектрика в
противоположные стороны
называют поляризацией.
Неполярные диэлектрики в
электрическом поле тоже
поляризуются.

35. Диэлектрики в электрическом поле

Eитог = E0 + Eд
-
+
Ед
Еитог
-
+
Eитог = E0 - Ед
Eитог < Е0
Е0
Eитог
- диэлектрическая проницаемость вещества
E0

36. Потенциал

Потенциал – Энергетическая характеристика
электрического поля – она определяет энергию,
которую приобретает заряженная частица в
электрическом поле.
B
А
В
WE
q
(вольт)
С
А В
Е
С А
1 Дж
1B
1Кл

37. Потенциал

•Поверхности равного потенциала называют
эквипотенциальными поверхностями.
•Эквипотенциальные поверхности
перпендикулярны линиям напряженности.
B
Е
A
B
А > В
A
Е

38. Потенциал

q0
k
r
Е
E
+
0
r
Е
-

39. Потенциал

Если поле создано не одним, а несколькими
источниками, то потенциал точки равен
алгебраической сумме потенциалов исходных полей.
1 2 ... n

40. Потенциал

q
k
R
R
q
k
R r
R
r
потенциал внутри и
на поверхности
заряженной сферы
потенциал вне
заряженной сферы

41. Работа эл. поля по перемещению эл. заряда

1
F
S
d
A Eq d
Е
2
A F S cos
F E q
S d
cos 0
Работа однородного
электростатического поля по
перемещению электрического
заряда.

42. Работа эл. поля по перемещению эл. заряда

Работа эл. поля не зависит от траектории движения
заряда, а только от начального и конечного
положения заряда.
A Aгор Aверт
A F S cos
Е
Aв ерт Eqh 0
Aв ерт 0
Агор Eq (d1 d 2 ... d n ) 1
Aгор Eq d
d d1 d 2 ... d n
A Eq d

43. Работа эл. поля по перемещению эл. заряда

F
1
1
S
d
Е
2
2
A WE (WE 2 WE1 )
WE q
A q 1 q 2 q( 1 2 )
1 2 U
[U] = В - напряжение
A qU
A Eq d
U
E
d
В
E
м

44. Электроемкость

Электроемкость –физическая
величина, характеризующая
способность проводника
накапливать электрический заряд.
C Ф
q
C
U
(фарад)
1Кл
1Ф
1В
Электроемкость двух проводников равна 1 Ф, если
при сообщении им зарядов +1 Кл и -1Кл между
ними возникает разность потенциалов 1В.

45. Конденсаторы

• Электроемкость определяется геометрическими
размерами проводников, их формой и взаимным
расположением, а так же электрическими
свойствами окружающей среды.
• Большой электроемкостью обладают системы из
двух проводников, называемые конденсаторами.
• Конденсатор представляет собой два проводника,
разделенные слоем диэлектрика, толщина
которого мала по сравнению с размерами
проводника.
• Проводники в этом случае называют обкладками
конденсатора.
• Под зарядом конденсатора понимают абсолютное
значение заряда одной из обкладок.

46. Конденсаторы

Емкость плоского
конденсатора.
S
С
d
E = E1 + E2 + …
E = E1 + E2
q
E
2 S 0
q
C
U
U E d
0 S
d
Еитог
q
0 S

47. Конденсаторы

Параллельное
соединение
конденсаторов.
Последовательное
соединение
конденсаторов.
С1
С2
С С1 С2 ...
С1
С2
1
1
1
...
С С1 С2

48.

49.

50.

51.

52. Конденсатор

у
0
х у
х у
х
0 у 0
х 0 х const
Eqчаст
у 0 у at
a
mчаст

53. Энергия заряженного конденсатора

W
E
+
E
WE q d
2
-
q
C
U
2
CU
2
2
q
qU
2
2C

54. Энергия заряженного конденсатора

Плоский конденсатор.
С
0 S
d
U E d
CU 2
W
E
2
1
2
WE 0 E Sd
2
W W
wE
V Sd
1
wE 0 E 2
2
Дж
wE 3
м
- плотность энергии
эл. поля.