Зак. Куллона (в другом виде) 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Зак. Куллона (в другом виде)



F=(1/4pe0)´çq1q2ç/r2

вакуум e=1

F=(1/4pe0)´çq1q2ç/er2

для среды e¹1

Если точечн. заряд поместитьв однородн. безгранич.среду куллоновская сила уменьшится в e раз по сравнению с вакуумом. e - диэлектр. проницаемость среды.

У любой среды кроме вакуума e>1.

Зак. Куллона в векторной форме.

Для этого воспользуемся единичным ортом по направлению вдоль расстояния между двумя зарядами.

_ _ _ _

er=r/r r =er´r

 

_ _

F=(1/4pe0)´(çq1q2ç´r)/r3 векторная форма

В Си - сист единица заряда 1Кл=1А´с

1Куллон - это заряд, протекаемый за 1 с через все поперечное сечение проводника, по которому течет

то А с силой 1А.

Зак.Куллона может быть применен для тел значительных размеров если их разбить

на точечные заряды.

Кулл. силы - центральные, т.е. они направлены по линии соед. центр зарядов.

Зак. Куллона справедлив для очень больших расстояний до десятков километров. При уменьш. расст. до 10-15 м справедлив, при меньших несправедлив.

Электростатич. поле.

Хар. электростатич.поля.

_ _

(Е, D, j)

В пространстве вокруг эл. зарядов возникает электростатическое поле (заряды не подвиж.).

Принято считать, что электростатическое поле является объективной реальностью. Обнаружить поле можно с помощью пробных электрических зарядов.

Пробн., полож., точечный заряд должен быть таким, чтобы он не искажал картины иследуемого поля.

Напр. электростатич. поля.

_

Е - напряженность электростатического поля. Напряженность электростатического поля является силовой характеристикой.

_ Напр. поля в данной

Е=F/q0 точке пространства

явл. физ. вел. численно равная силе (куллоновск.)

действ. в данной точке на единичный неподвижный пробный заряд.

[E]=H/Кл [E]=В/м

Силовая линия - линия, в каждой точке которой напр. поля Е направлена по касательной.

Силовые линии строят с опред.

густотой соответствующей модулю напр. поля: через площадку 1 м2 проводят количество линий Е равное модулю Е.

При графическом представлении видно, что в местах с более

густым располож. Е напр. больше.

Вывод формул для напр. поля точечн. заряда.

q - заряд создающий поле.

q0 - пробн. заряд.

Е=(1/4pe0)´(q´q0)/(r2´q0)

E=(1/4pe0)´q/r2

Из E=(1/4pe0)´q/r2 следует что Е зависет прямопропорцианально величине заряда и обратнопропорц. расст. от заряда до т. исследов.

В однородн. безгр. среде с e¹1

(e>1) напр. поля уменьш. в e раз.

E=(1/4pe0)´q/er2

_

E=(1/4pe0)´q2/r3

Электрическое смещение.

_

Опред. формулой для D явл. следущее в данной т. среды электрическое смещение численно равно произвед. диэлектр. проницаемости, эл. постоянн. и напр. поля.

_

D­ ­E D=ee0E

[D]=Кл/м2

Напр. эл. поля завсет от e среды поэтому при наличии несколбких граничащих диэлектриков на границе разрыва двух сред напр. поля меняется скачком (линии

 

_

вектора Е терпят разрыв).

_

Вектор D не завис. от e среды т.е. явл. однаков. по величине

_

во всех средах т.е. скачка D нет, разрыва нет.

_

Покажем что D независ от e.

D=ee0´(kq)/(e0´r2)

D=(1/4p)´q/(e´r2)

Потенцеал поля.

Силы электростатич. поля консервативные т.е. независ. от траэктории движения заряда.

_

F=- gradП

Fx= -¶П/¶x аналогич Fy и Fz

1) F= - dП/dr

Для электростатич. сил F=f(r).

Воспользуемся этой зависемостью для введения третей характеристики поля - потенцеала.

Преобр. 1)

2) dП= - Fdr F - куллоновская сила взаимодействия между двумя точечн. зарядами q и q0.

F=k(÷qq0÷/r2) Подставим F в 2) и проинтегрируем лев. и прав. часть.

3) òdП=ò -k(÷qq0÷/r2)dr из 3)

П= -k÷qq0÷òdr/r2=

=k÷qq0÷´(1/r)+C

Разделим лев. и прав. часть 4) на q0.

5) j=П/q0=(1/4pe0 )´(q/r)+C

6) j=П/q0 Потенцеал поля в данной точке численно равен потенцеальной энерии пробного заряда помещенного в данную точку.

[j]=B=Дж/К

7) j=(1/4pe0 )´(q/r) при j=0 r®¥, j ~ d при r=const,

j ~1/r при q=const

При q>0 j>0 +

При q<0 j<0 -

Потенцеал поля принято изображать на рис. эквипотенцеальными линиями или поверх.

Эквипотенцеал - геом. место точек равного потенцеала поля.

Принято эквипотенцеал проводить при Dj =const

Dj=j2 - j1 - разность между двумя ближайшеми эквипотенцеалами.

Вывод:

_ _ _ _

D=e0E D­­E

E=(1/4pe0 )´(q/r2) D=q/4pr2

Картина линий Е эквипотенц. поля точечн. заряда.

(для ваку-ума)

_ _

Е или D Dj=const

_ _

¾ линии D или Е

--- экви.

_ _

Нарисуем линии E и D при наличии диэлектрика.

Диэлектрк окружен вакуумом.

В диэл. e>1 Eд<Eв поскольку

eд<eв

_

Для D линий разрыв. нет т.е. D

чертят сплошной линией.

Принцип суперпозиции

Электростатич. полей.

_

Принцип суперпоз. для Е.

Пусть в пространстве имеется несколько точечн. зарядов q1, q2,..., qi,..., qn внесем в это поле пробный заряд q0 найдем силу действия наq0.

Согласнопринципу независемости действия сил результ. сила F действ. но q0 равна геом. сумме всех куллоновских сил действ. на q0 со стор. других зарядов.

_ n _

F= S Fi 1)

i=1

Разделим лев. и прав. часть 1) на q0.

_ n _ _ _

F/q0= S Fi/q0 E=F/q0

i=1

 

_ n _

F/q0= S E матем запись прин-

i=1 ципа супер. для Е.

Напряженность результ. поля созд несколькими точечн. зарядами = геом. сумме напр. полей созд. в этойже точке отдельными зарядами.

_

Принцип суперпоз. для D.

_ n _

D=S Di 3) (аналог 2))

i=1

Для потенцеала.

n

j =Sj i

i=1

Потенцеал результ. поля в данной точке = алгебр. сумме потонц. полей созд. отдельными зарядами.

Поля диполя.

Эл. диполем - назв. систему двух равных по модулю разноименн. точечн. зар. наход на расст. l друг от лруга значительно < расст. r до исслед. точки. (l <<r)

Диполь характеризуется плечом диполя и электрич. моментом.

Плечо диполя - расст. между зарядами.

Элекрич. момент - произв. вел. заряда на плечо. [p]=Кл´м

Вычислим поле в т. А на оси диполя.

 

 

e=1, q+=q_=q, l, p=ql, E -?

_ _

E=SEi

i _ _

E=E_- E+ E­­E_

E=k(q/(r+l/2)2)

E=k(q/(r - l/2)2)

E=kq[(1/(r - l/2)2) -1/(r+l/2)2)]

E=[kq(r2+rl+l2/4 - r2+

+rl - l2/4)]/

/r4=(пренебрег. l/2 т.к. r>>l, r>>l/2)=(kq2rl)/r4=k(qp/r3)

E=k(2p/r3) E~1/r3

Поле в т. С на перпендик. оси диполя.

 

 

k, q, l, r>>l, p=ql, e=1, r=OC

E -?

_

÷E÷=2Пр.Е+

Е+_ в силу симметрии зар.

Е+_=k(q/(r¢)2)

E+/E_=cosa=l /2r¢

Пр.Е+р.Е_=Е(l /2)

E=2Пр.Е+=2Пр.Е

Пр.Е++сosa=(kq/(r¢)2

´l/2r¢

_

Пр+/E+=cos aE+

r¢~r при r>>l

E=2(kq/(r¢)2)´l=kql /(r¢)3=

=kp/r3

(неправильно)

E=k(p/r3)

_ _

Потоки D и Е.

Пусть электростатическое поле будет однородно т.е. такое

_

поле у котор. D=const и все линии поля ïï по направлению, введ. в это поле плоск. поверхность площадью S, строем нормаль.

 

 

_

Пр.D=Dncosa

_

поток D FD=Dcosa´S

1) FD=Dncosa

_ _

Потоком D или E назв. физ. вел. числ. = кол - ву. линий

_ _

D или Е пронизывающих исследуемую поверхность при

_ _

условии D или Е ^ поверхности.

FЕnS 2)

[FD]=Кл [FЕ]=В´м

Поток характеристика скалярная, алгебраическая.

При a<900 cosa (+) FD>0

При a<900 cosa (-) FD<0

Запишем общую формулу в случ. когда S имеет произв. форму.

 

 

В током случае на поверх S наход. участок площадью dS котор. можно считать плоским, тогда dFD=Dn´dS

FD=òDndS

S

Площадке dS припис. векторные свойства.

_ _

dS=dS´n

_ _

FD=ò DndS

S

Теор. Гаусса (интегральная форма).

В ряде случаев принцип суперпоз. для вычисления напр. поля применять трудно, в таких случ. напряженность электростатич. поля вычисляют с помощью теор. Гаусса.

Теор. Гаусса позволяет легко вычислять Е и D при симметричных расположениях заряда.

Поток вектора электрич. _

смещения D cквозь произвольн. замкн. поверх. S равен алгебраич. сумме зарядов заключ. внутри поверх.

Замкнутая поверх - такая вкотор нет отверстий.

Алгебр. сумма - сумма заряда с учетом их знаков.

_ _ n

ѓDdS=Sqi 1)

S i=1

_ _

ѓEdS=(1/e0)Sqi 2)(для вакуума)

S i

Док - во.

1. Пусть имеется полож. точечн. заряд. q.

 

 

_ _

ѓDdS=ѓDdS

S S

_ _

D­­n a=0 Dn=D

Вынесем за знак интегр.

DѓdS=D4pr2=(q/4pr2)´4pr2=q

S

_ _

3) ѓDdS=q

S

Очевидно если точечн. зар. расп. не в центре а в люб. т внутри поверх. S колич. линий

_

D прониз. поверх. не измен., т.е. для люб. положения точечн. заряда q внутри сферы формула 3) справедлива.

Поток сквозь поверх. другой формы (произвол.) при прежнем заряде q не изменится и 3) справедлива.

Внутри замкн. сферы нах. несколько зарядов q1, q2,q3,...,qi,...qn 1£ i £n

Докажем что в этом случ. теор. Гаусса верна.

На основ. 1)

для кажд

зар. теор.

справедлива.

 

_ _

4) ѓDidS=qi

S

в 4) просуммируем левую и правую часть.

_ _

SѓDidS=Sqi

i i

_ _

ѓ(SDi)dS=Sqi

s i i

_ _ n

ѓDdS=Sqi 5)

s i

Форма записи 5) имеет назв. интегральной формы записи.

Интегр. форм. - обознач. что в формуле характеристики слева и справа относятся к разным точкам пространства.

r - об. плотность.

r =dq/dv (Кл/м3)

6)Sqir dv

i v

_ _

ѓDdS=ò r dv S и V -

v согласо-

ванны.

Практич. применение теор. Гаусса.



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2016-06-29; просмотров: 234; 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 - 54.225.35.224 (0.087 с.)