- •В.Н. Иванов, в.Н. Лиссон, в.П. Шабалин электростатика и постоянный ток. Магнетизм
- •Предисловие
- •Содержание теоретического курса
- •Оформление контрольных работ
- •Порядок оформления задач
- •Электростатика и постоянный ток
- •1.1. Электрический заряд. Закон сохранения заряда. Закон Кулона. Напряженность поля
- •1.2 Принцип суперпозиции полей
- •1.3. Поток напряжённости. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме
- •1.4. Потенциал электростатического поля. Работа, совершаемая силами электростатического поля при перемещении в нём электрического заряда
- •1.5. Примеры применения теоремы Гаусса к расчёту электростатических полей
- •. Электрическое поле в диэлектрических средах. Дипольные моменты молекул диэлектрика. Поляризация диэлектрика
- •1.7. Теорема Гаусса для электростатического поля в среде
- •1.8. Условия для электростатического поля на границе раздела изотропных диэлектрических сред
- •1.9. Проводники в электростатическом поле. Электроемкость проводника
- •1.10. Взаимная ёмкость. Конденсаторы
- •1.11. Потенциальная энергия системы точечных зарядов. Энергия заряженного проводника и электрического поля
- •1.12. Постоянный электрический ток. Сила и плотность тока
- •1.13. Законы постоянного тока. Сторонние силы
- •1.14. Правила Кирхгофа
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Задачи для самоконтроля
- •Контрольное задание № 3
- •Варианты контрольного задания № 3
- •Магнетизм
- •Сила Лоренца и сила Ампера. Вектор магнитной индукции
- •Закон Био и Савара. Принцип суперпозиции. Магнитное поле прямого и кругового токов
- •2.3. Магнитное взаимодействие проводников с токами. Контур с током в магнитном поле
- •2.4. Циркуляция магнитного поля (закон полного тока) в вакууме. Теорема Гаусса для магнитного поля
- •2.5. Работа перемещения проводника с током в постоянном магнитном поле
- •2.6. Движение заряженных частиц в магнитном и электрическом полях
- •2.7. Магнитные моменты электронов и атомов. Намагниченность вещества
- •2.8. Магнитное поле в веществе. Циркуляция магнитного поля (закон полного тока) в веществе
- •2.9. Условия для магнитного поля на границе раздела изотропных сред
- •2.10. Виды магнетиков
- •2.11. Электромагнитная индукция. Основной закон электромагнитной индукции
- •2.12. Явление самоиндукции
- •2.13. Взаимная электромагнитная индукция
- •2.14. Энергия магнитного поля в неферромагнитной изотропной среде
- •2.15. Система уравнений Максвелла
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Задачи для самоконтроля
- •Контрольное задание № 4
- •Варианты контрольного задания № 4
- •Библиографический список
- •Содержание
- •2.8.Магнитное поле в веществе. Циркуляция магнитного поля
1.8. Условия для электростатического поля на границе раздела изотропных диэлектрических сред
Составляющая вектора напряженности, параллельная границе раздела диэлектриков (тангенциальная составляющая), не изменяется при переходе через границу раздела диэлектриков:
и.
Разность нормальных составляющих вектора электрического смещения на границе раздела диэлектриков равна поверхностной плотности свободных электрических зарядов на границе раздела:
своб.и своб..
связ..
Если своб =0, то
и .
1.9. Проводники в электростатическом поле. Электроемкость проводника
К проводникам относятся вещества, в которых имеются свободные электрические заряды. Для проводников, находящихся в электростатическом поле, выполняются следующие условия:
а) всюду внутри проводника напряжённость поля , а у его поверхности, т.е. вектор напряженности перпендикулярен поверхности проводника;
б) весь объём проводника эквипотенциален;
в) поверхность проводника является эквипотенциальной поверхностью;
г) некомпенсированные (сторонние) заряды располагаются в проводнике только на его внешней поверхности.
Напряжённость и электрическое смещениеэлектростатического поля вблизи поверхности проводника связаны с поверхностной плотностьюзарядов на проводнике:
Dn=стор.,стор.,
где относительная диэлектрическая проницаемость окружающей среды.
При сообщении проводнику электрического заряда изменяется и его потенциал. Заряд проводника в однородной и изотропной диэлектрической среде пропорционален его потенциалу:
q = C.
Электрической ёмкостью (электроёмкостью, ёмкостью) называется скалярная физическая величина, численно равная заряду, который нужно сообщить проводнику, чтобы его потенциал стал равен единице:
C = q /.
Электрическая ёмкость уединённого проводящего шара (или сферы) радиусомRрассчитывается по формуле
С = 40R,
где диэлектрическая проницаемость окружающей среды.
1.10. Взаимная ёмкость. Конденсаторы
Взаимная ёмкость двух проводников численно равна заряду, который нужно перенести с одного проводника на другой для изменения разности потенциалов между ними на единицу:
C = q /(1-2).
Ёмкость плоского конденсатора
,
где Sплощадь обкладок;dрасстояние между обкладками;относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика между обкладками.
Ёмкость сферического конденсатора
,
где R1иR2 внутренний и внешний радиусы конденсатора.
Ёмкость цилиндрического конденсатора
.
Ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов
.
Ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов
.
1.11. Потенциальная энергия системы точечных зарядов. Энергия заряженного проводника и электрического поля
Электрические заряды вследствие электрического взаимодействия обладают взаимной потенциальной энергией. Для двух точечных зарядов энергия
.
Для системы точечных электрических зарядов потенциальная энергия
,
где iпотенциал электрического поля, создаваемый всеми зарядами системы за исключениемi-го, в точке, где находитсяi-й заряд.
Потенциальная энергия взаимодействия зарядов может быть как положительной, так и отрицательной.
Собственная энергия заряженного уединённого проводника
.
Собственная энергия заряженного конденсатора
.
Собственная энергия заряженного проводника или конденсатора всегда положительная, т.к. она численно равна работе внешних сил по образованию заряда qиз бесконечно малых одноименных порций зарядаdq.
Распределение энергии поля в пространстве характеризуется объёмной плотностью энергии электростатического поля
.
Энергия электростатического поля, заключенная в объеме V:
.