Векторная форма записи закона Кулона

 

Методы экспериментальной проверки закона Кулона

1. Метод Кавендиша (1773):

Ø заряд на проводящей сфере распределяется только по ее поверхности;

Ø Уильямс, Фоллер и Хилл-1971

2. Метод Резерфорда:

Ø опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц на ядрах золота (1906)

Ø эксперименты по упругому рассеянию электронов с энергией порядка 10⁺⁹ эВ

3. Резонансы Шумана:

Ø если для фотона, то ;

Ø для фотона можно записать;

Ø для v=7.83 Гц получим для

Принцип суперпозиции для электростатических сил

Формулировка:

Если электрически заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими электрически заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других заряженных тел

Электрический диполь: физическая модель и дипольный момент диполя; электрическое поле, создаваемое диполем; силы, действующие со стороны однородного и неоднородного электрических полей на электрический диполь.

Электрический диполь – система, состоящая из двух разноименных точечных электрических зарядов, модули которых равны:

-плечо диполя; O – центр диполя;

Дипольный момент электрического диполя:

, единица измерения - [ ]=Кл*м

Электрическое поле, создаваемое электрическим диполем:
Вдоль оси диполя:

Силы, действующие на электрический диполь

Однородное электрическое поле:

Неоднородное электрическое поле:

Концепция близкодействия, электрическое поле. Полевая трактовка закона Кулона. Напряженность электростатического поля, силовые линии. Электрическое поле, создаваемое неподвижным точечным зарядом. Принцип суперпозиции электростатических полей.

Дальнодействие – концепция классической физики, согласно которой физические взаимодействия передаются мгновенно без участия какого-либо материального посредника

Близкодействие – концепция классической физики, согласно которой физические взаимодействия передаются с помощью особого материального посредника со скоростью, не превышающей скорость света в вакууме

Электрическое поле – это особый вид материи, одна из составляющих электромагнитного поля, которое существует вокруг заряженных частиц и тел, а также при изменении в течение времени магнитного поля

Электростатическое поле – это особый вид материи, существующий вокруг неподвижных заряженных частиц и тел

В соответствии с концепцией близкодействия неподвижные заряженные частицы и тела создают в окружающем пространстве электростатическое поле, которое оказывает силовое воздействие на помещенные в это поле другие заряженные частицы и тела

Таким образом, электростатическое поле является материальным переносчиком электростатических взаимодействий. Силовой характеристикой электростатического поля является локальная векторная физическая величина – напряженность электростатического поля. Напряженность электростатического поля обозначается латинской буквой: и измеряется с системе единиц СИ в вольтах разделить на метр:

Определение: отсюда

Для поля, создаваемого неподвижным точечным электрическим зарядом:

Силовые линии электростатического поля

Для графического (наглядного) изображения электростатических полей применяются

силовые линии электростатического поля:

Ø касательная к силовой линии совпадает с направлением вектора напряженности электростатического поля в данной точке;

Ø густота силовых линий (их число на единицу нормальной поверхности) пропорциональна модулю напряженности электростатического поля;

силовые линии электростатического поля:

Ø являются разомкнутыми (начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах);

Ø не пересекаются;

Ø не имеют изломов

Принцип суперпозиции для электростатических полей

Формулировка:

Если электростатическое поле создается одновременно несколькими неподвижными электрически заряженными частицами или телами, то напряженность данного поля равна векторной сумме напряженностей электростатических полей, которые создаются каждой из этих частиц или тел независимо друг от друга

6. Поток и дивергенция векторного поля. Электростатическая теорема Гаусса для вакуума: интегральная и дифференциальная формы теоремы; ее физические содержание и смысл.

Электростатическая теорема Гаусса

Поток векторного поля

Гидростатическая аналогия:

 

 

Для электростатического поля:

 

Поток вектора напряженности электростатического поля через поверхность пропорционален числу силовых линий, которые пересекают эту поверхность

Дивергенция векторного поля

Определение:

Единицы измерения:

Теорема Остроградского:

Физический смысл: расходимость вектора, указывает на наличие источников поля

Формулировка:

-Поток вектора напряженности электростатического поля через замкнутую поверхность произвольной формы пропорционален алгебраической сумме электрических зарядов тел или частиц, которые находятся внутри этой поверхности.

Физическое содержание теоремы:

*закон Кулона, поскольку является его прямым математическим следствием;

*полевая трактовка закона Кулона на основе концепции близкодействия электростатических взаимодействий;

*принцип суперпозиции электростатических полей

Применение электростатической теоремы Гаусса для расчета электростатических полей: общие принципы; расчет поля равномерно заряженной бесконечно длинной тонкой прямой нити и равномерно заряженной безграничной плоскости.

Применение электростатической теоремы Гаусса