Лекция 1

1. Тема 1. Основные понятия электродинамики

Министерство науки и высшего образования
Республики Казахстан
НАО «Карагандинский национальный
исследовательский университет имени академика
Е.А. Букетова»
Тема 1. Основные понятия
электродинамики
ДИСЦИПЛИНА:
ЭЛЕКТРОДИНАМИКА
Автор: доктор
Турсыновна
PhD,
профессор
Камбарова
Жанар

2.

Тема 1. Основные понятия электродинамики
ВИДЫ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ
В настоящее время известны четыре вида
фундаментальных
взаимодействий:
электромагнитное,
гравитационное,
сильное
и
слабое. Все остальные силы сводятся к ним.
Оценим
влияние
электромагнитного
и
гравитационного взаимодействий на элементарные
частицы, например - электрон:
Гравитационная сила
me2
F G 2,
r
11
G 6.67 10 нм / кг
2
2

3.

Тема 1. Основные понятия электродинамики
Кулоновская сила отталкивания двух электронов:
2
19
е 1,6 10
e
Fk k 2
r
Кл - заряд электрона
Fк/Fт=1043!
Таким образом, сравнить гравитационную силу между
электронами
с
кулоновской,
то
окажется,
что
электромагнитное взаимодействие сильнее примерно в 10⁴³
раз.
Это означает, что при взаимодействии элементарных
частиц гравитационные силы практически никакой роли не
играют.

4.

Тема 1. Основные понятия электродинамики
Гравитационные силы существенны лишь
взаимодействии электрически нейтральных
значительных масс.
при
тел
Ядерные
силы,
обусловленные
сильным
взаимодействием, обладают короткодействием и
зарядовой независимостью.
Слабое
взаимодействие
ответственно
за
превращение некоторых элементарных частиц друг в
друга и на больших расстояниях несущественно.
Таким
образом,
лишь
взаимодействие может быть
управления
заряженными
обусловливает его важность.
электромагнитное
использовано для
частицами,
что

5.

Тема 1. Основные понятия электродинамики
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАРЯДЫ И ТОКИ. ПЛОТНОСТЬ
ЗАРЯДА И ТОКА.
Рассмотрим исходные положения электродинамики,
касающиеся заряда и его физических свойств:
а) Величина электрического заряда q всегда является
величиной кратной некоторому минимальному значению
e=|e|
q ne
где
n 1, 2,....,
e 1,6 10
19
Кл

6.

Тема 1. Основные понятия электродинамики
б) Равенство положительных
элементарных зарядов.
и
отрицательных
Экспериментально установлено, что
(| qe | - | q p |) / | qep | 10
-21
т.е. положительный и отрицательный элементарные
заряды равны с относительной точностью ~1021.
Отличное доказательство этого – нейтральность
отдельных
атомов,
которая
проверялась
в
электростатических полях с точностью ~10-19.

7.

Тема 1. Основные понятия электродинамики
в) Электрический заряд обладает свойством аддитивности,
т.е. при объединении двух зарядов q1 и q2 результирующий
заряд
q=q1+q2
г) Из электрической нейтральности атомов следует еще
одно важное свойство:
Величина
электрического
заряда
инвариантна
относительно преобразований Лоренца, т.е. не зависит от
его скорости.

8.

Тема 1. Основные понятия электродинамики
В теории электричества элементарный заряд считается
точечным,
а
электрон
считается
точечной
бесструктурной частицей.
В большинстве случаев
можно считать, что заряд непрерывно распределен в
пространстве, и не учитывать его дискретность.
Распределение заряда в пространстве характеризуется
его объeмной плотностью, определяемой формулой
q dq
lim
V Vo V
dV
где V0 - физически бесконечно малый объем.
Это определение предполагает, что заряд
дискретен.
-
не

9.

Тема 1. Основные понятия электродинамики
Если заряд распределен в тонком слое по поверхности, и
расстояние до точки наблюдения много больше толщины
слоя, то можно считать, что весь заряд сосредоточен по
этой поверхности с поверхностной плотностью
заряда:
q dq
lim
,
S dS
Аналогично можно ввести линейную
заряда в одномерном случае:
dq
dl
плотность

10.

Тема 1. Основные понятия электродинамики
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. СИЛА ТОКА И ПЛОТНОСТЬ ТОКА
Электрическим током называют упорядоченное движение
заряда. В качестве положительного направления
движения
принимают
направление
движения
положительного заряда.
Основной
характеристикой
электрического
тока,
протекающего через элемент поверхности dS, является
сила тока, определяемая как
r dq
I
dt
Сила тока – количество электричества, протекающее
через поперечное сечение проводника за одну секунду.

11.

Тема 1. Основные понятия электродинамики
Плотностью тока в данной точке называется вектор,
совпадающий по направлению с направлением движения
положительного заряда и равный
r dI
r
dq
j
dS dt dS
Направление плотности тока положительного заряда
совпадает
с
направлением
их
скорости,
а
отрицательного – противоположно ей.
Сила тока через конечную поверхность S равна
r
I jdS

12.

Тема 1. Основные понятия электродинамики
ЗАКОНА КУЛОНА
Закон
Кулона
определяет
силу
F
с
которой
взаимодействуют два точечных заряда q1 и q2,
находящиеся в вакууме на расстоянии r:
r
q1q2
F k 2
r
Процесс взаимодействия представляется следующим
образом:
а: Точечный заряд, например q1, создает в пространстве
электрическое поле, напряженностью
r
q1
E k 2
r
б. Точечный заряд q2, помещенный в это поле,
испытывает со стороны этого поля действие силы
F q2 E

13.

Тема 1. Основные понятия электродинамики
ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ ПОЛЕЙ.
Если имеется система точечных зарядов q, то
напряженность поля Е в каждой точке пространства
является суммой напряженностей полей Ei, создаваемой
каждым зарядом в отдельности:
E=∑Ei
Принцип суперпозиции – является опытным фактом, и
одним
из
фундаментальных
положений
электродинамики

14.

Тема 1. Основные понятия электродинамики
ВЫВОДЫ
1. Виды фундаментальных взаимодействий.
2. Электрические заряды и токи. Плотность заряда и
тока.
3. Точечные заряды. Плотность заряда и его
распределение в пространстве.
4. Электрический ток. Сила тока и плотность тока.
5. Закона Кулона.
6. Принцип суперпозиции полей.