Ответы к экзаменационным билетам по физике (2 семестр)

1.Заряд и его свойства. Закон Кулона.

Заряд- свойство некоторых тел, проявляться во взаимодействии.

Заряд обладает свойством:

1)кратности

2)закон сохранения

3)разные знаки

4)тела, заряженные одноимённо – отталкиваются, а разноимённо- притягиваются.

Дюфе – французский физик, экспериментально изучал взаимодействие заряженных тел.

А Кулон получил количественную формулу взаимодействия.

Форму ла была получена на установке – крутильные весы

Сила двух точечных зарядов прямо пропорциональна величинам этих зарядов, и обратно пропорциональна квадрату расстояния этих зарядов, зависит от электрических свойств среды.

,где r- радиус – вектор, проведенный к тому заряду, к которому приложена сила F.

Ф/м (электрическая постоянная характеризует электрические свойства вакуума)

- диэлектрическая проницаемость среды

Показывает во сколько раз сила электрического взаимодействия в вакууме больше чем в данной среде при прочих равных условиях.

2. Напряжённость и потенциал электростатического поля. Связь между напряженностью и потенциалом.

Электростатическое поля – пространство, окружающее неподвижные заряды, а именно в каждой точке электростатического поля на помещенной заряд действуют электростатические силы.

Э.п. – особый вид материи, обладающий определёнными свойствами:

Э.п. потенциальное : в нём действуют консервативные силы( работа которых не зависит от формы)

Работа в э.п. по перемещению заряда из одной точки в другую не зависит от формы и длинной траектории, А=0.

В таких полях существуют векторные и скалярные характеристики:

Напряжённость э.п.

Векторные

Индукция

С потенциал э.п.

Напряженность электростатического поля

Напряжённость – векторная величина, численно равная силе, с которой электрическое поле действует на единичное положение заряд.

Напряжённость зависит от заряда, с которой создаёт поле (от величины формы заряженного тела)

от расстояния – от интересующей нас точки, до заряда, который создаёт поле.

Формула Е поля, созданного точечным зарядом

Потенциал электростатического поля.

Потенциал – скалярная величина, численно равная потенциальной энергии единичного положительного заряда, помещённую в данную точку поля.

Считают φ=0 на бесконечности.

,которую надо совершить, чтобы перенести единичный положительный заряд

из данной точки в бесконечность.

q- заряд, который создаёт поле.

r- расстояние от точки, глее мы ищем потенциал до заряда создающегого поле.

Связь напряжённости и потенциала.

Связь напряжённости и потенциала для однородного поля.

3.Электрическое поле диполя. Напряжённость и потенциал.

Электрическим диполем называется система двух одинаковых по величине разноимённых точечных зарядов +q,-q,расстояние l между которыми значительно меньше расстояния до тех точек, в которых определяется поле системы. Прямая, проходящая через оба заряда, называется осью диполя.

Характеристика диполя- электрический момент. р=q*l.Вектор р направлен по оси диполя

от отрицательного заряда к положительному. Поведение диполя во внешнем электрическом поле также его электрически м моментом р . Потенциал поля диполя убывает с расстоянием быстрее(как 1/r²),чем потенциал поля точечного заряда(который изменяется по закону 1/r).

Если диполь поместить в однородное электрическое поле, образующее диполь заряды +q, -q окажутся под действием равных по величине, но противоположным по направлению сил F₁ и F_2. Эти силы образуют пару ,плечо которой равно l*sin£,т.е. зависит от ориентации диполя относительно поля. Модуль каждой из сил равен q*Е. Умножив его на плечо, получим величину момента пары сил, действующих на диполь:

N=q*E*l*sin£=p*E*sin£

(р – электрический момент диполя)

Момент сил стремится повернуть диполь так, чтобы его электрический момент р установился по направлению поля.

Найдём потенциальную энергию, которой обладает, диполь во внешнем электрическом поле.

W_p=q*φ₊- q*φ_-=q(φ₊- φ_-),здесь φ₊ и φ_- значения потенциала внешнего поля в тех точках, где помещаются заряды +q и –q.

Рассмотрим диполь, находящийся в неоднородном поле, обладающем симметрией относительно оси x. Пусть центр диполя лежит на этой оси, причём электрический момент диполя образует с осью угол £, отличный от π/2. В этом случае силы. Действующие на заряды диполя, не одинаковы по величине. Поэтому, кроме вращательного момента, на диполь будет действовать сила, стремящаяся переместить его в направлении оси x. Чтобы получить значение этой силы воспользуемся

В соответствии

(ориентацию поля считаем неизменной: £=const)

Для точек оси х производные Е по y и z равны нулю. Соответственно Таким образом отлична от нуля лишь компонента силы F_х .Она равна

Этот результат можно получить, приняв во внимание, что напряжённость поля в точках, где помещается заряды +q и -q отличаются на величину l*cos£. Соответственно разность сил, действующих на заряды, равна q( )*l*cos£.При £<π/2 определяемая формулой величина F_х положительна. Это означает, что под действием силы диполь втягивается в область более сильного поля или при £>π/2 диполь выталкивается из поля.

Напряжённость.

Отношение E=F/q, в качестве величины, характеризующей электрическое поле, Эту векторную величину называют напряжённостью электрического поля в данной точке(т.е. в той точке, в которой пробный заряд q_пр испытывает действие силы F). В соответствии с формулой , напряженность электрического поля численно равна силе, действующей на единичный точечный заряд, находящийся в данной точке поля. Направление вектора Е совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд. Но если –q,тогда противоположные направления.

Из формул следует, что напряжённость поля точечного заряда пропорциональна величине заряда q и обратно пропорциональна квадрату расстояния r от заряда до данной точки поля:

Направление вектор Е вдоль радиальной прямой, проходящей через заряд и данную точку поля, от заряда, если он положителен, и к заряду, если он отрицателен. В СИ единица напряжённости электрического поля имеет название вольт на метр В/м.

Очевидно, что на всякий точечный заряд q в точке поля с напряженностью Е будет действовать сила

F=q*E

Напряженность поля системы зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, которые создавал бы каждый из зарядов системы в отдельности:

Последнее утверждение носит название принципа суперпозиции(наложения) электрических полей.

Линии напряжённости проводят таким образом, чтобы касательная с ним совпадала с направлением вектора Е. Густота линий выбирается так, чтобы количество линий, пронизывающих единицу поверхности, перпендикулярной к линиям площадки, было равно числовому значению вектора Е. Тогда по картине линий напряжённости можно судить о направлении и величине вектора Е в разных точках пространства.

Линии Е поля точечного заряда представляют собой совокупность радиальных прямых, направленных от заряда, если он положителен, и к заряду, если он отрицателен. Линии одним концом упираются на заряд, другим уходя т в бесконечность.