1. Электрический заряд. Напряженность электрического поля и поля точечных зарядов.

Каждый химический элемент (вещество) состоит из совокупности мельчайших материальных частиц — атомов.

В ядре атома сосредоточены протоны, несущие в себе положи­тельный заряд. Электроны имеют отрицательный электриче­ский заряд. В электрически нейтральном атоме заряд электронов равен по абсолютной величине заряду протонов.

Электрический заряд (количество электричества) обозначается буквойQ илиq, а еди­ницей заряда (в системе СИ) является 1 кулон, то есть[Q] = Kл (кулон). Электрон и протон имеют равный по величине, но про­тивоположный по знаку зарядQ = 1,6-Ю^-19 Кл.

Электрический заряд или заряженное тело создают электриче­ское поле.

Электрическое поле — это пространство вокруг заряженного тела или заряда, в котором обнаруживается действие сил на пробный за­ряд, помещенный в это пространство.

Электрическое поле, создаваемое неподвижными зарядами, называется электростатическим.

Величина силыF, действующей на пробный зарядq, помещен­ный в точку А электрического поля, пропорциональна величине зарядаq и интенсивности электрического поля, созданного заря­домQ в точке А

F=q*E_л

гдеЁл — напряженность электрического поля, характеризующая интенсивность поля в точке А.

Из (1.1) видно, что

То есть напряженность каждой точки электрического поля харак­теризуется силой, с которой поле действует на единицу заряда, по­мещенного в эту точку. Таким образом, напряженность является силовой характеристикой каждой точки электрического поля.

Измеряется напряженность электрического поля в вольтах на метр [Е] = В/м.

Напряженность электрического поля — величина векторная.

Направление вектора напряженности в любой точке электриче­ского поля совпадает с направлением силы, действующей на поло­жительный пробный заряд, помещенный в эту точку поля

Поскольку в дальнейшем будут учитываться только значения силы и напряженности, будем обозначать их Fи E соответственно.

Напряженность является параметром каждой точки электриче­ского поля и не зависит от величины пробного зарядаq. Измене­ние величиныq приводит к пропорциональному изменению си­лы .F(l.l), а отношениеF/q (1.2), т.е. напряженность Е_Л, остает­ся неизменной.

Точечным считается заряд, размерами которого можно прене­бречь по сравнению с расстоянием, на котором рассматривается его действие.

Сила взаимодействияF двух точечных зарядовQ иq определяется по закону Кулона:

F=Q*q/4∏r²εₐ

гдеr — расстояние между зарядами;εₐ — абсолютная диэлектри­ческая проницаемость среды, в которой взаимодействуют заряды.

И з (1.3) следует, что напряженность электрического поля заряда Q в точке А (рис. 1.2) равна

Таким образом напряженность эл. Поля созданного зарядом Q на расстоянии r от него, определяетяся выражением E=Q/4∏r²ε₀ εᵣ

Н апряженность электрического по­ля, созданного несколькими заря­дами в какой-либо точке А этого поля, определяется геометрической суммой напряженностей, созданных вэтойточке каждым точечным заря­дом:

2. Потенциал и напряжение в электрическом поле.

П отенциал в каждой точке электрического поля характеризуется энергией W, которая затрачивается (или может быть затрачена) полем на перемещение единицы положительного заряда q из данной точки за пределы поля, если поле создано положительным зарядом, или из-за пределов поля в данную точку, если поле создано отрица­тельным зарядом. φₐ=Wₐ/q

Потенциал в точке B - φB=WB/q и С соответственно

φₐ=Q/4∏rₐε₀ εᵣ

Потенциал — скалярная величина. Если электрическое поле со­здано несколькими зарядами, то потенциал в каждой точке поля определяется алгебраической суммой потенциалов, созданных в этой точке каждым зарядом.

Р азность потенциалов двух точек электрического поля характе­ризует напряжение U между этими точками.

Напряжение между двумя точками электрического поля харак­теризуется энергией, затраченной на перемещение единицы положи­тельного заряда между этими точками, т. е. U_AB= W_AB/q.

Измеряется напряжение в вольтах (В).

В общем случае для неоднородного электрического поля значе­ние напряженности определяется отношениемE=dU/dl

Где dU-напряжение между двумя точками поля на одной электрической линии на расстоянии dl между ними.