🗊Презентация Статичне електричне поле. (Лекція 11)

Лекція 11. Статичне електричне поле 1. Заряди. 2. Взаємодія між зарядами. 3. Електричне поле. 4. Застосування теореми Остроградського-Гауса. 5. Робота сил електричного поля.

Заряди Ми знаємо про явище електризації, про існування електричного заряду, про наявність двох видів зарядів (умовно додатних та від'ємних) та взаємодії між ними. Заряди – невід'ємна частина переважної більшості елементарних частинок. Вони строго однакові за величиною і дорівнюють елементарному заряду. Якщо кількість позитивних і негативних зарядів однакова, тіло незаряджене. Коли інакше, різниця кількості цих зарядів визначає заряд тіла. Можна розвести заряди в різні боки. Тоді окремі частини тіла будуть заряджені. Загальний заряд тіла кратний елементарному заряду: q = Ne. Електричні заряди виникають і зникають попарно, а сумарний заряд залишається незмінним (закон збереження заряду).

Заряди Якщо заряди вільно переміщуються по тілу, то це тіло є провідником. Проте, носіями струму можуть бути як електрони так і іони, тобто атоми чи молекули, які втратили чи приєднали один чи кілька електронів. У відповідності зі здатністю тіла проводити струм всі речовини поділяються на діелектрики (ізолятори), напівпровідники і провідники. Ідеальних діелектриків немає, реальні діелектрики проводять струм в 1015÷1020 раз гірше, ніж провідники. Напівпровідники займають проміжний стан.

Взаємодія між зарядами

Взаємодія між зарядами

Заряд Оскільки за часів Кулона не було одиниці електричного заряду, можна було вибрати її так, щоб k = 1. Це така величина зарядів (q1 = q2), яка на відстані 1 см діє з силою 1 дина = 10-5 Н (система СГСЕ). В цій системі елементарний заряд має величину 4,8·10-10 од. зар. СГСЕ. При переході до системи СІ, де електричні і магнітні величини знаходять із закону взаємодії провідників зі струмом, одиницею заряду є 1 Кулон, величина

Електричне поле Взаємодія між зарядами здійснюється через електричне поле. Поле виявляється тим, що на вміщений в нього заряд діє сила. Заряд, з допомогою якого досліджують поле, називається пробним. Тоді

Електричне поле Напрям вектора збігається з напрямом сили, що діє на заряд q, поміщений в поле: Поле від багатьох зарядів складається за правилом векторного складання Скористаємось цим правилом для знаходженні поля диполя – системи двох однакових за величиною і протилежних за напрямом полів.

Електричне поле диполя Знайдемо залежність напруженості електричного поля диполя в залежності від відстані r на лінії, рівновіддаленій від зарядів. В цьому випадку

Силові лінії електричного диполя

Дипольний момент молекули

Електричне поле мультиполів Розглянемо 4 однакових за абсолютною величиною заряди на вершинах квадрата. В цьому випадку на великих відстанях напруженість поля

Силові лінії електростатичного поля

Потік через замкнуту поверхню

Застосування теореми Остроградського-Гауса Згідно з теоремою Остроградського-Гауса

Поле рівномірно зарядженої площини

Поле рівномірно зарядженої площини Якщо площина має скінченні розміри, то однорідне поле буде лише на малих відстанях.

Поле двох рівномірно заряджених площин Візьмемо дві паралельні різнойменно заряджені площини.

Розрахунок електричного поля зарядженої нитки

Поле однорідно зарядженого циліндра

Поле однорідно зарядженого циліндра Якщо виберемо циліндр з r < R, то замкнута поверхня не містить всередині зарядів, внаслідок чого E(r) = 0. На поверхні циліндра (r = R)

Поле двох коаксіальних циліндрів Якщо циліндри мають однакові за величиною, але протилежні за знаком заряди, тоді всередині меншого і зовні більшого циліндра поле відсутнє. Поле є лише між циліндрами:

Поле рівномірно зарядженої сферичної поверхні Сфера радіусу R, поверхнева густина заряду σ. Центральна симетрія. Вектори Е проходять через центр сфери. Уявимо сферу з радіусом r. Для всіх точок En = E(r). При r > R заряд знаходиться всередині.

Поле двох концентричних поверхонь Заряди поверхонь однакові. Все поле між сферами. Для R1 < r < R2

Поле об'ємно зарядженої сфери Поле центральної симетрії. Зовні сфери результат такий же, як і для сфери з зарядженою поверхнею. Але при r < R всередині виділеної сфери заряд

Робота сил електричного поля

Робота сил електричного поля В фізиці використовується одиниця енергії і роботи 1 електрон-вольт (еВ). 1 еВ = 1,6·10-19 Кл·1 В = 1,6·10-19 Дж. Кратні величини: кеВ, МеВ, ГеВ, ТеВ тощо. Величина kT при кімнатній температурі = 0,025 еВ.

Робота кулонівських сил

Електричне поле і еквіпотенціальні поверхні