1.1 Основи електродинаміки

Електродинаміка - розділ фізики, у якому вивчають електричні і магнітні явища. Основу цих явищ складають електромагнітні взаємодії, здійснювані за допомогою електромагнітного полючи, що грають винятково важливу роль у природі і техніку. Електричне і магнітне полючи - дві складові єдиного електромагнітного полючи.

Електростатика

Електростатика - розділ електродинаміки, у якому вивчають властивості і взаємодії нерухомих (щодо даної инерциальной системи відліку) заряджених часток і тел.

При проробленні цього розділу потрібно згадати такі поняття як електричний заряд, елементарний електричний заряд, крапковий заряд, спробний заряд, електризація тіл, електричне поле.

Електричний заряд (основні величини, співвідношення, закони)

1) У природі існують два роди електричних зарядів. Носієм елементарного позитивного електричного заряду є протон, носієм негативного електричного заряду є електрон.

Елементарний заряд:

е = ± 1,6·10-19 Кл.

Одиниця виміру електричного заряду Кулон (Кл), 1 Кл = 1А 1с. 1Ампер - основна одиниця системи СИ, це одиниця зміни струму.

2) Електричний заряд дискретний, тобто будь-який заряд складається з цілого числа елементарних зарядів:

q = Zе, де

Z - ціле число, рівне кількості елементарних електричних зарядів, що складають даний заряд.

3) σ - поверхнева щільність заряду визначається кількістю електричних зарядів, що приходяться на одиницю площі поверхні провідника:

σ = q/S, де

S - площа поверхні провідника.

Одиниця виміру 1 Кл/м²

4) Закон збереження електричного заряду.

В ізольованій системі тіл алгебраїчна сума зарядів залишається постійної:

q1 + q2 + ... + qn = const.

5) Закон Кулона.

Електричні заряди взаємодіють між собою за допомогою електричного полючи. Однойменні заряди відштовхуються, різнойменні притягаються. Величина сили взаємодії між зарядами визначається за законом Кулона.

Сила взаємодії між двома крапковими зарядами у вакуумі прямо пропорційна добутку цих зарядів і назад пропорційна квадрату відстані між ними:

|q1| і |q2| - абсолютні значення двох крапкових зарядів;

r - відстань між зарядами;

k = 1/4εε ₀ - коефіцієнт пропорційності в системі СИ, чисельно рівний 9·109 Нм²/Кл²,

ε ₀ - діелектрична постійна, рівна 8,85·10-12 Ф/м,

ε - відносна діелектрична проникність середовища, що показує в скількох разів сила взаємодії між зарядами у вакуумі більше, ніж у даному середовищі.

Сила кулонівського взаємодії спрямована уздовж прямої, що з'єднує дані заряди, тому називається центральної.

6) Для визначення сили взаємодії між системою крапкових зарядів потрібно скористатися принципом незалежності дії сил. Відповідно до цього принципу, визначають силу взаємодії між даним зарядом і кожним зарядом системи окремо так, начебто інших зарядів немає за законом Кулона, а потім знаходять векторну суму всіх сил, що діють на даний заряд:

F₀ = F₁ + F₂ +.. +F_n

Електричне поле (основні величини, що характеризують поле, формули, співвідношення)

1) E - напруженість електричного поля, величина векторна, є силовою характеристикою полючи в даній крапці, визначається силою, що діє на заряд у даній крапці полючи:

qo - величина спробного заряду.

Якщо напруженість у всіх крапках полючи однакова, поле називається однорідним.

Напруженість полючи, створюваного крапковим зарядом (q), можна визначити по формулі:

E = kq/r², де

r - відстань між зарядом і даною крапкою полючи.

Якщо поле створюється системою крапкових зарядів, напруженість полючи в даній крапці можна визначити за принципом незалежності дії полів. Відповідно до цього принципу, напруженість полючи в даній крапці буде дорівнює векторній сумі напруженості, створюваних кожним зарядом окремо , тобто:

Сила, що діє на заряд з боку електричного полючи, буде дорівнює:

F = Eq.

2) φ - потенціал даної крапки полючи, величина скалярна, є енергетичною характеристикою полючи в даній крапці, визначається величиною роботи, яку потрібно зробити по переміщенню одиничного позитивного заряду з нескінченності в дану крапку чи полючи відношенням потенційної енергії заряду в даній крапці полючи до величини цього заряду:

φ= А/qo чи φ = Wn/qo.

Одиниця виміру потенціалу 1Вольтів (U), рівна 1 В = 1 Дж/Кл

3) Робота з переміщення заряду в електричному полі дорівнює зміні потенційної енергії цього заряду:

А = - (Wn2 - Wn1) = qo(φ1 - φ2), де

(φ1 - φ2) = U - різниця чи потенціалів напруга. Отже,

А = q.

4) В однорідному електричному полі зв'язок напруженості з різницею потенціалів виражається наступним співвідношенням:

U = Ed, де

d - відстань між крапками полючи,

U - різниця чи потенціалів напруга між цими крапками.