- •Электромагнетизм Некоторые сведения из математики
- •Лекция 1 электростатика
- •Лекция 2
- •1) Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости.
- •2) Поле двух бесконечных параллельных плоскостей, заряженных равномерно разноимёнными зарядами с плотностями и .
- •Теорема Остроградского – Гаусса в дифференциальной форме.
- •Лекция 3 Проводники в электрическом поле
- •Электрическое поле у поверхности проводника
- •Силы, действующие на поверхность проводника
- •Свойства замкнутой проводящей оболочки
- •Общая задача электростатики. Уравнение Пуассона
- •Электроёмкость Электроёмкость уединённого проводника
- •Лекция 4 Электрическое поле в диэлектрике Электрический диполь в электрическом поле
- •Сила, действующая на диполь в электрическом поле
- •Поляризация диэлектрика
- •Вектор электрического смещения
- •Поле на границе раздела диэлектриков
- •Поле на границе проводник – диэлектрик
- •Некоторые важные следствия по теме:
- •Лекция 5 Энергия электрического поля
- •Постоянный электрический ток –
- •Уравнение непрерывности
- •Разветвлённые цепи
- •Закон Джоуля–Ленца
- •1). Однородный участок цепи
- •2). Неоднородный участок цепи
- •Лекция 6 Магнитное поле в вакууме
- •Магнитное поле равномерно движущегоя заряда
- •Закон Био – Савара
- •Основные законы магнитного поля
- •1). Магнитное поле прямого тока I:
- •2). Магнитное поле соленоида, по которому протекает ток I:
- •3). Магнитное поле тороида:
- •Лекция 7 Проводники с током в магнитном поле Закон Ампера
- •Момент сил, действующих на контур с током
- •Магнитное поле в веществе
- •Вектор вектор напряжённости магнитного поля
- •Магнитное поле на границе раздела магнетиков
- •Лекция 8
- •Движение заряженных частиц в электрическом и
- •Магнитном полях
- •Движение заряженных частиц в постоянном магнитном поле
- •Отклонение движущихся заряженных частиц электрическим и магнитным полями
- •Ускорители заряженных частиц
- •Преобразования Лоренца для электрических и магнитных полей
- •Электромагнитная индукция
- •Природа электромагнитной индукции
- •Явление самоиндукции
- •Взаимная индукция
- •Энергия магнитного поля
- •Магнитное давление
- •Лекция 10 Уравнения Максвелла для электромагнитного поля
Свойства замкнутой проводящей оболочки
В состоянии равновесия избыточных зарядов внутри проводника нет. Если внутри проводника сделать полость, то это никак не отразится на равновесном расположении зарядов.
Внешние заряды, в частности заряды на наружной поверхности проводника, не создают в полости внутри проводника никакого электрического поля.
На этом основана электростатическая защита – экранирование приборов от влияния внешних электростатических полей. На практике сплошной проводник-оболочка заменяют достаточно густой металлической сеткой.
Если в полости находится заряженное тело, а всё внешнее пространство заполнено проводящей средой, то поле в этой среде при равновесии всегда равно нулю. По теореме Гаусса это означает, что алгебраическая сумма зарядов внутри этой замкнутой поверхности также будет равна нулю. Значит индуцированный заряд на внутренней поверхности полости равен по модулю и противоположен по знаку заряду внутри этой полости.
Если удалить всю проводящую среду вокруг полости кроме тонкой заземлённой оболочки с индуцированным зарядом, то поле нигде не изменится и вне оболочки оно останется равным нулю (внешний экран).
Вывод – замкнутая заземлённая проводящая оболочка разделяет всё пространство на внутреннюю и внешнюю части, в электрическом отношении совершенно не зависящие друг от друга.
Общая задача электростатики. Уравнение Пуассона
Наиболее часто встречаются задачи, в которых распределение заряда неизвестно, но заданы потенциалы проводников, их форма и положение в пространстве. И требуется определить потенциал в любой точке поля, а зная распределениеможно легко восстановитьи по его значению непосредственно у поверхности проводников найти распределение поверхностных зарядов на них.
Подставив в выражение теоремы Остроградского-Гаусса в дифференциальной форме вместоего выражение через, т.е., получаем общее дифференциальное уравнение для потенциала –уравнение Пуассона:
, где оператор Лапласа ((лапласиан).
В декартовых координатах .
Если между проводниками нет зарядов , то уравнение Пуассона переходит в более простое уравнение – уравнение Лапласа
.
Определение потенциала сводится к нахождению такой функции , которая во всём пространстве между проводниками удовлетворяет уравнениям Пуассона или Лапласа, а на поверхностях проводников принимает заданные значенияи т.д.
Электроёмкость Электроёмкость уединённого проводника
Опыт показывает, что между зарядом уединённого проводника и его потенциалом существует прямая пропорциональность: .
Коэффициент пропорциональности называют электроёмкостью уединённого проводника. Единица ёмкости в системе СИ – фарад. (1Ф = 1Кл/1B).
Систему проводников, обладающей ёмкостью, значительно большей, чем уединённый проводник и не зависящей от окружающих тел называют конденсатором.
Простейший конденсатор состоит из двух обкладок, расположенных на малом расстоянии друг от друга. Заряды на обкладках должны быть одинаковы по модулю и противоположны по знаку (и –).
Ёмкость конденсатора , гдеU – разность потенциалов между обкладками (напряжение конденсатора).
Ёмкость конденсатора зависит от его геометрии (размеров и формы обкладок), от зазора между ними и от заполняющей конденсатор среды.
Плоский воздушный конденсатор (принимается, что диэлектрическая проницаемость воздуха близка к единице т.е. почти как в вакууме).
Пусть заряд конденсатора q, площадь каждой пластины – S, ширина зазора – h.
.
_______________
Сферический воздушный конденсатор
Пусть радиус внутренней обкладки;
радиус внешней обкладки;
q – заряд конденсатора.
По теореме Остроградского-Гаусса .
Напряжение .
Тогда .
Для малого зазора получаеми, т.е. как и для плоского конденсатора.
Цилиндрический воздушный конденсатор
Пусть радиусы внутренней и внешней обкладок;
l – длина конденсатора.
По теореме Остроградского-Гаусса ;
.
.