- •1. Основы электростатики
- •1) Взаимодействие зарядов. Закон Кулона
- •2) Электрический диполь
- •3) Электростатическое поле. Напряженность поля
- •4) Силовые линии электрического поля
- •5) Принцип суперпозиции электрических полей
- •6) Потов вектора напряженности электростатического поля
- •7) Теорема Остроградского – Гаусса
- •8) Примеры применения теоремы Гаусса
- •9) Работа сил электростатического поля при перемещении заряда
- •10) Потенциальная энергия электростатического поля
- •11) Циркуляция вектора напряженности
- •12) Потенциал электростатического поля
- •13) Эквипотенциал поверхности
- •14) Связь между напряженностью и потенциалом
- •15) Вычисление потенциала простейших электрических полей
- •2. Электрическое поле в диэлектриках. Введение
- •1) Поляризация диэлектриков
- •2) Напряженность электрического поля в диэлектрике
- •3) Электрическое смещение
- •4) Поле на границах раздела диэлектрика
- •3. Проводники в электрическом поле
- •1) Равновесие зарядов на проводнике
- •2) Напряженность электростатического поля вблизи заряженной поверхности проводника
- •3) Проводники во внешнем электрическом поле
- •4) Электроемкость проводников
- •5) Конденсаторы
- •4. Энергия электрического поля
- •1) Энергия системы зарядов
- •2) Энергия заряженного уединенного проводника и конденсатора
- •3) Объемная плотность энергии электростатического поля
1. Основы электростатики
1) Взаимодействие зарядов. Закон Кулона
Еще в VII веке до нашей эры греческий ученый Фалес указал на способность янтаря, натертого шелком притягивать легкие предметы, В конце XVI века английский врач и физик Гильберт показал, что свойствами притягивать легкие предметы обладают не только натертый шелком янтарь, но и стекло, фарфор и многие другие тела, предварительно натертые кожей, сукном и тому подобными мягкими материалами. Это явление Гильберт назвал электризацией от греческого слова электрон - янтарь. Электрический заряд, скапливающийся на потертой кожей стеклянной палочке, был назван «положительным», а заряд скапливающийся на потертом мехом куске смолы, -«отрицательным». Объяснение электризации было осуществлено в 1881 году Гельмгольцем, который выдвинул гипотезу о существовании электрически заряженных элементарных частиц. Впоследствии эта гипотеза подтвердилась открытием в 1897 году Томсоном электрона. Электрон имеет электрический заряд равный Кл., который называется элементарным. Величина любого заряда q, кратна элементарному, т.е. q=ne (где n – целое число). Тела, в которых электрические заряды могут свободно перемещаться, называются проводниками, например, все металлы являются хорошими проводниками. Тела, в которых возможность перемещения зарядов весьма ограничена, называются диэлектриками или изоляторами, заряды в таких телах называются связанными или поляризационными. Промежуточные положение занимают полупроводники. Их электропроводность в значительной мере зависит от внешних условий, главным образом от температуры.
В изолированной системе алгебраическая сумма электрических зарядов остается постоянной. Это утверждение носит название закона сохранения заряда. Наличие у тела электрического заряда проявляется в том, что такое тело взаимодействует с другими заряженными телами. Тела, несущие заряды одинакового знака, отталкиваются друг от друга. Тела, заряженные разноименно, притягиваются друг к другу. Закон, которому подчиняются силы взаимодействия так называемых точечных зарядов, был установлен в 1775 году Кулоном, согласно которому сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов прямопропорциональна произведению этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними
|
(13.1) |
где - электрическая постоянная, - относительная диэлектрическая проницаемость.
В случае одноименных зарядов сила оказывается положительной, (что соответствует отталкиванию между зарядами). В случае разноименных зарядов сила отрицательна, что соответствует притягиванию зарядов.
2) Электрический диполь
Совокупность двух равных по величине разноименных точечных зарядов q, расположенных на некотором расстоянии друг от друга, малом по сравнению с расстоянием до рассматриваемой точки поля называется электрическим диполем.(рис.13.1)
Произведение называется моментом диполя. Прямая линия, соединяющая заряды называется осью диполя. Обычно момент диполя считается направленным по оси диполя в сторону положительного заряда.