2.5. Реальные газы и жидкости

17. В этой теме изучаются состояние газа, при котором существенную роль играют межмолекулярные взаимодействия, а также условия фазовых переходов. Подробное изложение темы см в Цаплев В.М. Физика. Часть 1.Физические основы механики, молекулярная физика и термодинамика: учеб. Пособие, стр. 104 – 108.

Раздел 3. Электричество и магнетизм (19 час.)

В этом разделе изучаются следующие темы: электрическое поле в вакууме и в веществе; проводники в электрическом поле; стационарные токи; магнитное поле в вакууме и в веществе; электромагнитная индукция; уравнения Максвелла. По разделу «Электромагнетизм» в контрольной работе № 1 решаются задачи 161 – 180, в контрольной работе № 2 - задачи 201 – 210. В ходе самостоятельной работы следует ответить вопросы тренировочного теста № 2.

3.1. Электрическое поле в вакууме

3.1.1. Напряжённость электростатического поля.

Все тела в природе способны приобретать электрический заряд, наличие которого обнаруживается по силе взаимодействия между заряженными телами. Два вида зарядов условно называются положительными и отрицательными.

Минимальным по абсолютному значению является заряд всех элементарных частиц e=1,6·10^-19 Кл. Все электрические заряды кратны элементарному заряду. Фундаментальным законом является закон сохранения электрического заряда: суммарный электрический заряд изолированной системы сохраняется постоянным. Система называется изолированной, если через ограничивающую ее поверхность не могут проникать заряженные частицы. В замкнутой системе заряды могут появляться парами – положительный и отрицательный заряды.

В данном разделе будем рассматривать неподвижные заряды и соответствующие им статические (т. е. не меняющиеся во времени) электрические поля.

Точечным зарядом называется заряд, сосредоточенный на теле, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстояниями до других тел.

Сила взаимодействия точечных зарядов вычисляется по закону Кулона:

величина силы взаимодействия между двумя точечными зарядами в вакууме прямо пропорциональна произведению величин зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

(3.1)

где k – коэффициент пропорциональности. В международной системе единиц СИ k=1/4₀, где: ₀=8,85∙10^-12 Ф/м называется электрической постоянной.

Если взаимодействующие заряды находятся не в вакууме, а в какой-либо среде, то величина силы взаимодействия убывает в ε раз:

(3.2)

где ε - относительная диэлектрическая проницаемость среды.

Сила направлена вдоль прямой линии, которая соеди­няет эти заряды.

Заряды взаимодействуют через электрическое поле, которое действует на помещенный в него проб­ный электрический заряд q₁. Си­ловая характеристика электри­ческого поля - напряженность численно равна силе, действующей на поло­жительный единичный заряд, помещенный в данную точку поля:

. (3.3)

Направление вектора совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд (рис.3.1.).

Рис.3.1

Напряженность – однозначная силовая характеристика электрического поля. Исходя из закона Ку­лона, получим выражение для напряжённости поля точечного заряда

(3.4)

На всякий точечный заряд q₁ в точ­ке поля с напряженностью будет действовать сила

(3.5)

Каждый заряд создает свое поле незави­симо от присутствия других зарядов. Отсюда следует прин­цип суперпозиции полей: напряженность поля системы зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, которые создавал бы каж­дый из зарядов в отдельности:

. (3.6)

Силовой линией называется линия, касательная к кото­рой в каждой точке совпадает с направлением вектора в данной точке (рис. 3.2). За направление силовой линии принято направ­ление силы, действующей на положительный заряд.

Рис. 3.2

Силовым линиям поля приписывается направление, совпадающее с направлением вектора напряженности. Так как в каждой данной точке пространства вектор  имеет лишь одно направление, то линии напряженности никогда не пересекаются. Густотой силовых линий характеризуют напряженность поля: в местах, где напряженность поля меньше, линии проходят реже.

Электрическое поле называется однородным, если во всех его точках напряженность поля одинакова по модулю и направлению ( ).

При расчёте электрических полей вводится вспомогательный вектор электрической индукции (электрического смещения) , который для изотропных сред связан с вектором соотношением

.

Модуль вектора не зависит от свойств среды и не меняется при переходе через границу раздела диэлектриков.