Эквипотенциальные поверхности

Поверхность, во всех точках которой потенциал электрического поля имеет одинаковые значения, называется эквипотенциальной поверхностью.

Между двумя любыми точками на эквипотзенциальной поверхности разность потенциалов равна нулю, поэтому работа сил электрического поля при любом перемещении заряда по эквипотенциальной поверхности равна нулю. Это означает, что вектор силы   в любой точке траектории движения заряда по эквипотенциальной поверхности перпендикулярен вектору скорости. Следовательно, линии напряженности электростатического поля перпендикулярны эквипотенциальной поверхности.

Эквипотенциальными поверхностями поля точечного электрического заряда являются сферы, в центре которых расположен заряд (рис. 112).

Билет №5

1. Взаимодействие тел. Масса. Сила. Второй закон Ньютона.

2. Проводники и диэлектрики в электрическом поле.

1. Взаимодействие тел – это явление взаимного действия тел друг на друга.

При взаимодействии двух тел оба тела меняют свою скорость. Но изменение скорости у тел может быть разным.

Свойство тел по-разному менять свою скорость при взаимодействии называется инертностью. То тело, у которого скорость при взаимодействии меняется меньше, называют более инертным, а тело, у которого скорость меняется больше – менее инертным.

Если при взаимодействии тел их скорости меняются одинаково, значит, эти тела обладают одинаковой инертностью.

Масса тела(m) – это величина, которая описывает его инертность, т.е. масса – мера инертности тела. Более инертное тело имеет большую массу, а менее инертное – меньшую массу. Тела, обладающие одинаковой инертностью, имеют одинаковые массы.

Масса(m)— одна из важнейших физических величин. Первоначально (XVII—XIX века) она характеризовала «количество вещества» в физическом объекте, от которого, по представлениям того времени зависели, как способность объекта сопротивляться приложенной силе (инертность), так и гравитационные свойства — вес.

В современной физике под массой понимают два различных свойства физического объекта:

1. Гравитационная масса показывает, с какой силой тело взаимодействует с внешними гравитационными полями — фактически эта масса положена в основу измерения массы взвешиванием в современной метрологии, и какое гравитационное поле создаёт само это тело (активная гравитационная масса) — эта масса фигурирует в законе всемирного тяготения.

2. Инертная масса, которая характеризует меру инертности тел и фигурирует в одной из формулировок второго закона Ньютона. Если произвольная сила в инерциальной системе отсчёта одинаково ускоряет разные исходно неподвижные тела, этим телам приписывают одинаковую инертную массу.

Сила(F) — векторная физическая величина, являющаяся мерой интенсивности воздействия на данное тело других тел, а также полей.

Сила, как векторная величина, характеризуется модулем, направлением и «точкой» приложения силы.

Также используется понятие линия действия силы, обозначающее проходящую через точку приложения силы прямую, по которой направлена сила.

Второй закон Ньютона: в инерциальной системе отсчета ускорение, которое получает материальная точка, прямо пропорционально равнодействующей всех приложенных к ней сил и обратно пропорционально её массе.a=F/m.

2. Проводниками называют тела, через которые электрические заряды могут переходить от заряженного тела к незаряженному. Способность проводников пропускать через себя электрические заряды объясняется наличием в них свободных носителей заряда. Примерами проводников могут служить металлические тела в твердом и жидком состоянии, жидкие растворы электролитов.

Диэлектриками, или изоляторами, называются такие тела, через которые электрические заряды не могут переходить от заряженного тела -к незаряженному. К диэлектрикам, например, относятся воздух и стекло, плексиглас и эбонит, сухое дерево и бумага.

Свободныеэлектроны - электроны, способные свободно перемещаться внутри проводника ( в основном в металлах) под действием эл. поля;

Свободные электроны возникают при образовании металлов: электроны с внешних оболочек атомов утрачивают связи с ядрами и начинают принадлежать всему проводнику;

- участвуют в тепловом движении и могут свободно перемещаться по всему проводнику.

Электростатическое поле внутри проводника

- внутри проводника электростатического поля нет ( Е = 0 ), что справедливо для заряженного проводника и для незаряженного проводника, внесенного во внешнее электростатическое поле.

Почему? - т.к. существует явление электростатической индукции, т.е.

явление разделения зарядов в проводнике, внесенном в электростатическое поле ( Е_{внешнее}) с образованием нового электростатического поля ( Е_внутр.) внутри проводника.

Внутри проводника оба поля ( Е_внешн. и Е_внутр.) компенсируют друг друга, тогда внутри проводника

Е = 0.

Электростатическая защита - металл. экран, внутри которого Е = 0, т.к. весь заряд будет сосредоточен на поверхности проводника.

Электрический заряд проводников - весь статический заряд проводника расположен на его поверхности, внутри проводника q = 0;

- справедливо для заряженных и незаряженных проводников в эл.поле.

Линии напряженности эл.поля в любой точке поверхности проводника перпендикулярны этой поверхности.

ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ

(Внутри диэлектрика может существовать электрическое поле!)

Электрические свойства нейтральных атомов и молекул:

Нейтральный атом-положительный заряд ( ядро) сосредоточен в центре;

- отрицательный заряд - электронная оболочка;

считается, что из-за большой скорости движения электронов по орбитам центр распределения отрицательного заряда совпадает с центром атома.

Молекула - чаще всего - это система ионов с зарядами противоположных знаков ,

т.к. внешние электроны слабо связаны с ядрами и могут переходить к другим атомам.

Электрический диполь - молекула, в целом нейтральная , но центры распределения

противоположных по знаку зарядов разнесены; рассматривается, как совокупность двух точечных зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку,

находящихся внутри молекулы на некотором расстоянии друг от друга.

Существуют 2 вида диэлектриков ( различаются строением молекул) :

1) полярные - молекулы, у которых центры положительного и отрицательного зарядов

не совпадают ( спирты, вода и др.);

2) неполярные - атомы и молекулы, у которых центры распределения зарядов совпадают (инертные газы, кислород, водород, полиэтилен и др.).

ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

- смещение положительного и отрицательного зарядов в противоположные стороны, т.е.ориентация молекул.

Поляризация полярных диэлектриков

Диэлектрик вне эл.поля - в результате теплового движения электрические диполи ориентированы беспорядочно на поверхности и внутри диэлектрика.

q = 0 и E_внутр = 0

Диэлектрик в однородном эл.поле - на диполи действуют силы, создают моменты сил и поворачивают диполи вдоль силовых линий эл.поля.

НО ориентация диполей - только частичная, т.к. мешает тепловое движение.

На поверхности диэлектрика возникают связанные заряды, а внутри диэлектрика заряды диполей компенсируют друг друга.

Таким образом, средний связанный заряд диэлектрика = 0.

Поляризация неполярных диэлектриков - тоже поляризуются в эл.поле: положительные и отрицательные заряды молекул смещаются,

центры распределения зарядов перестают совпадать (как диполи), на поверхности диэлектрика возникает связанный заряд, а внутри эл.поле лишь ослабляется.

Ослабление поля зависит от свойств диэлектрика.