Закон Кулона. Напряженность электрического поля 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Закон Кулона. Напряженность электрического поля



Основы электростатики.

Закон Кулона. Напряженность электрического поля

Электростатика Учение о свойствах и взаимодействии электрических зарядов, неподвижных относительно избранной для них инерциальной системы отсчета [q]= Кл

Закон сохранения электрических зарядов Алгебраическая сумма электрических зарядов в замкнутой системе сохраняется постоянной

: е = (1,601 ± 0,001)×10-19 Кл

Закон Кулона.

, ,

Влияние не проводящей среды на величину электростатического взаимодействия между зарядами можно оценить, измерив силу взаимодействия в среде F и в ее отсутствии (в вакууме) F0.

,

где e – диэлектрическая проницаемость среды. e > 1; e - безразмерная величина.

Закон Кулона в общем виде:

Если в пространстве обнаруживается действие сил на электрические заряды, то говорят, что в нем существует электрическое поле.

Электрическое поле изучают с помощью пробного точечного положительного заряда, величина которого своим действием заметно не искажает исследуемое поле..

Вектор напряженности электрического поля численно равен силе, действующей в данной точке на помещенный в нее пробный единичный положительный точечный заряд. – силовая характеристика электрического поля.

Используя закон Кулона можно получить:

Подчеркнем еще раз, что Q заряд создающий поле, а q – пробный заряд, используемый для исследования этого поля.

Напряженность электростатического поля не зависит от времени. Электростатическое поле называется однородным, если его напряженность во всех точках поля одинакова; в противном случае поле называется неоднородным.

Для графического изображения электростатических полей пользуются силовыми линиями. Силовыми линиями (линиями напряженности) называют линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности в этой точке поля

Если электрическое поле создается несколькими зарядами q1; q2; q3; …qn, то результирующее поле будет действовать на пробный заряд с силой F, равной результирующей силе составляющих сил F; F2; F3; …Fn.

Принцип наложения (суперпозиции) электрических полей:

Вектор напряженности электрического поля системы зарядов равен геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности.

Принцип суперпозиции.

Потенциал результирующего поля равен алгебраической сумме потенциалов составляющих полей.

Работа перемещения заряда.

Пусть заряд q перемещается из точки 1 в точку 2. Перемещение заряда под действием поля всегда происходит в сторону уменьшения потенциальной энергии от W1 к W2 (чем меньше потенциальная энергия W1, тело более устойчиво), тогда:

W1 – W2 = A = qφ1 – qφ2 = q(φ1 – φ2)

Следствия:

а) работа электростатического поля по перемещению заряда не зависит от формы пути, а зависит от положения начальной и конечной точек пути;

б) при перемещении заряда в поле по замкнутому пути работа равна нулю.

 

Электрические заряды располагаются на телах конечных размеров, поэтому и энергия электрических полей пространственно ограниченных зарядов должна быть конечна. Из этого следует, что их поле должно исчезать в бесконечности, т.е. φ = 0; E = 0.

Поэтому в теории электричества бесконечность с ее нулевым потенциалом условно принимается за уровень отсчета абсолютных значений потенциалов полей. Отсюда следует:

А = q(φ – φ) = –qφ

Электрический потенциал измеряется работой электрических сил по перемещению единицы положительного заряда из данной точки поля в бесконечность

Существует и другой уровень отсчета – потенциал Земли. Земля имеет избыточный отрицательный потенциал относительно бесконечности, но его принимают как бы за «нулевую точку»: всякий потенциал, лежащий выше его, считается положительным, лежащий нижеотрицательным. Знак и величина потенциала относительно Земли определяется по работе перенесения заряда из данной точки поля на Землю.

Во многих электрических и радиотехнических устройствах различные их части заземляют. Это делается для сохранности низменного потенциала тех или иных проводящих элементов.

поле точечного зарядаQ: поле плоскости

Разность потенциалов (φ1 – φ2) называют напряжением U. [U] = B.

Электрический ток.

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

Магнитное поле.

Магнитное поле порождается движущимися зарядами. Магнитное поле характеризуется с помощью вектора магнитной индукции . Линии касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции в этой точке называются линии магнитной индукции. Магнитная индукция измеряется в теслах: [B] = 1 тл. Направление линий магнитной индукции определяется правилом буравчика.

Правило буравчика: если поступательное движение буравчика совпадает с направлением тока, то направление вращения его рукояти даст направление магнитных линий напряженности (рис.5).

О величине вектора магнитной индукции судят по величине крутящего момента, испытываемого пробной рамкой при ее повороте в магнитном поле (рис.6):

или

a - угол между векторами и ; - магнитный момент контура с током

или

- единичный вектор нормали к рамке, направление которого определяется по правилу буравчика (рис.7).

Величина магнитной зависит от свойств среды. Характеристика независящая от свойств среды называется вектором напряженностью магнитного поля . Напряженность магнитного поля измеряется в амперах деленных на метр [H] = 1 а/м.

m0 = 4 p 10-7 Гн/м - магнитная постоянная; m - магнитная проницаемость среды, для вакуума m = 1.

Чтобы найти суммарную индуктивность или напряженность создаваемую несколькими магнитными полями используют принцип суперпозиции магнитных полей: магнитное поле, создаваемое несколькими источниками, равно векторной сумме напряженностей магнитных полей от каждого источника

Закон Био-Савара-Лапласа.

Магнитная индукция , создаваемое элементом тока на расстоянии от него, обратно пропорционально квадрату расстояния и прямо пропорционально величине элемента тока и синусу угла a между векторами и (рис.8)

или .

Чтобы получить результирующий вектор для денного конкретного случая производится интегрирование. Ниже при

1.Магнитная индукция проводника с током (рис.9)

2.Магнитная индукция бесконечно длинного проводника с током

3.Магнитная индукция в центре прямоугольного контура с током

a и b - длины сторон контура.

4.Магнитная индукция кругового контура с током на оси контура (рис.10)

- магнитный момент кругового витка стоком; S - площадь рамки стоком, R - радиус контура, h - расстояние от центра витка до рассматриваемой точки.

5.Магнитная индукция кругового контура с током на оси контура

6.Магнитная индукция соленоида. Соленоидом называется цилиндрическая катушка стоком состоящая из большого числа витков проволоки, которые образуют винтовую линию.

n – число витков соленоида на единицу длины.

 

7.Магнитная индукция бесконечно длинного соленоида.

n = N/l

Силы Лоренца и Ампера

На частицу с электрическим зарядом Q, движущуюся в магнитном поле со скоростью v, действует сила Лоренца.

или

Направление силы Лоренца действующей на положительно заряженную частицу определяется по правилу левой руки: если расположить ладонь левой руки так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца совпадали с направлением движения частицы , то отставленный большой палец укажет направление силы Лоренца, действующей на заряженную частицу в магнитном поле (рис.12,рис.13). Если частица заряжена отрицательно, то сила Лоренца равна по модулю, но противоположна по направлению силе действующей на положительную частицу (рис.13).

Если на заряженную частицу действует не только магнитное поле с индукцией , но и электрическое поле с напряженностью , то результирующая сила равна

Силу называют обобщенной силой Лоренца.

На проводник с электрическим током, находящийся в магнитном поле, действует сила Ампера. На элемент длины dl проводника с током силой I, находящегося в магнитном поле с индукцией B действует сила ампера dFА

На проводник длины l действует сила Ампера FА

a - угол между направлением тока в проводнике и вектором (рис.14).

Направление силы FA можно найти по правилу левой руки: если расположить ладонь левой руки так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца совпадали с направлением электрического тока в проводнике, то отставленный большой палец укажет направление силы Ампера, действующей на проводник в магнитном поле (рис.15).

Если в магнитное поле поместить рамку с током, то под действием пары сил рамка будет стремится повернуться так, чтобы ее нормаль , а следовательно и магнитный момент совпадали по направлению с вектором индукции поля (рис.16).

Два проводника с током создают собственные магнитные поля, при этом если токи текут в противоположных направлениях, то проводники отталкиваются, если в одинаковом, то притягиваюбтся.

Проводник с током, помещенный в магнитное поле, испытывает пондемоторную силу, обусловленную силами Ампера. При перемещении проводника поле с током поле совершает работу. Рассмотрим линейный проводник длиной l с током I, перемещающийся в однородном магнитном поле (рис.17)

- площадь очерчиваемая проводником при его перемещении в магнитном поле, - магнитный поток пронизывающий эту площадь.

Если в переменном в пространстве (магнитная индукция поля меняется от точки к точке) магнитном поле перемещается замкнутый контур с током, т.е. его площадь при перемещении не изменяется, то при перемещении будет изменяться магнитный поток через контур. Такая ситуация возможна, например, при удалении или приближении контура к постоянному магниту или при вращении контура в постоянном магнитном поле. При этом силами Ампера также будет совершаться работа, определяемая по той же формуле

В данном случае

Если в магнитном поле перемещается замкнутый контур, имеющий N витков, а магнитный поток через каждый из витков равен , тогда работа сил Ампера равна

Y - полный магнитный поток, сцепленный со всеми N витками, называемый потокосцеплением; I – ток индукции, L – коэффициент самоиндукции (индуктивность).

Основы электростатики.

Закон Кулона. Напряженность электрического поля

Электростатика Учение о свойствах и взаимодействии электрических зарядов, неподвижных относительно избранной для них инерциальной системы отсчета [q]= Кл

Закон сохранения электрических зарядов Алгебраическая сумма электрических зарядов в замкнутой системе сохраняется постоянной

: е = (1,601 ± 0,001)×10-19 Кл

Закон Кулона.

, ,

Влияние не проводящей среды на величину электростатического взаимодействия между зарядами можно оценить, измерив силу взаимодействия в среде F и в ее отсутствии (в вакууме) F0.

,

где e – диэлектрическая проницаемость среды. e > 1; e - безразмерная величина.

Закон Кулона в общем виде:

Если в пространстве обнаруживается действие сил на электрические заряды, то говорят, что в нем существует электрическое поле.

Электрическое поле изучают с помощью пробного точечного положительного заряда, величина которого своим действием заметно не искажает исследуемое поле..

Вектор напряженности электрического поля численно равен силе, действующей в данной точке на помещенный в нее пробный единичный положительный точечный заряд. – силовая характеристика электрического поля.

Используя закон Кулона можно получить:

Подчеркнем еще раз, что Q заряд создающий поле, а q – пробный заряд, используемый для исследования этого поля.

Напряженность электростатического поля не зависит от времени. Электростатическое поле называется однородным, если его напряженность во всех точках поля одинакова; в противном случае поле называется неоднородным.

Для графического изображения электростатических полей пользуются силовыми линиями. Силовыми линиями (линиями напряженности) называют линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности в этой точке поля

Если электрическое поле создается несколькими зарядами q1; q2; q3; …qn, то результирующее поле будет действовать на пробный заряд с силой F, равной результирующей силе составляющих сил F; F2; F3; …Fn.

Принцип наложения (суперпозиции) электрических полей:

Вектор напряженности электрического поля системы зарядов равен геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности.



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2016-12-29; просмотров: 490; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.238.86.122 (0.046 с.)