Раздел электродинамики, посвященный изучению покоящихся электрических зарядов

К созданию науки электродинамики привела длинная цепь планомерных исследований и случайных открытий, в чём самое активное участие принимали В античной Греции философ Фалес, натирая меховой шкуркой янтарь, кусочек окаменевшей смолы хвойных деревьев, с удивлением наблюдал, как янтарь после этого начинал притягивать к себе перья птиц, пух и сухие листья. Считается, что первым учёным, аргументировано отстаивавшим точку зрения о существовании двух видов зарядов, был француз Шарль Дюфе (1698–1739). В опубликованной в 1733 г. работе он вводит термины «смоляное» и «стекольное» электричество и указывает на характер взаимодействия между одноимёнными и разноимёнными зарядами. Самым убедительным оппонентом теории существования двух видов зарядов был знаменитый американец Бенджамuн Франклuн (1706–1790). Он первым ввёл понятие о положительных и отрицательных зарядах.

Максвелл Джеймс Клерк (1831 – 1879) – великий английский физик, создатель теории электромагнитного поля. Уравнения Максвелла для электромагнитного поля лежат в основе всей электродинамики, подобно тому как законы Ньютона составляют основу классической механики. Он впервые ввёл в физику представления о статических законах, использующих математическое понятие вероятности. Куллон Шарль Огюстен (1736 – 1806) – французский физик, известный своими работами по электричеству и магнетизму. Наряду с изучением взаимодействия заряженных тел Куллон исследовал взаимодействие полюсов длинных магнитов. Фарадей Майкл ( ) великий английский ученый, творец общего учения об электромагнитных явлениях, в котором все явления рассматриваются с единой точки зрения. Фарадей впервые ввел представление об электрическом и магнитном полях.

В определенных условиях на телах могут накапливаться электрические заряды. Электрический заряд – физическая величина, определяющая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия. Тело, несущее электрический заряд, называется наэлектризованным. С помощью явления электризации получают дактилоскопические отпечатки пальцев. Положительно заряженные частицы белка притягивают отрицательно заряженные частицы золотой пыли, наносимой на купюру, создавая видимые отпечатки

Каждый из зарядов создаёт в окружающем пространстве электрическое поле. Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим. Какими же свойствами обладает это поле? 1.На электрический заряд, помещённый в электростатическое поле, действует сила, пропорциональная величине заряда 2.Электрический заряд сам создаёт электростатическое поле, которое действует на другие заряды (своего поля заряд не ощущает)

Одним из фундаментальных законов природы является закон сохранения электрического заряда. Одним из фундаментальных законов природы является закон сохранения электрического заряда. В изолированной системе сумма всех зарядов – постоянная величина: q 1 + q 2 + q 3 + … + q n = const.

Сила взаимодействия между точечными, а также сферически симметричными заряженными телами определяется законом Кулона: Здесь ε 0 – электрическая постоянная, равная ε 0 = 8,854·10 –12 Кл 2 /(Н·м 2 ). Впервые закон взаимодействия неподвижных зарядов был установлен Шарлем Кулоном в 1785 г. на крутильных весах.

Основной силовой характеристикой электростатического поля является напряженность, равная электрической силе, действующей на единичный положительный заряд: Для напряженностей полей от нескольких зарядов справедлив принцип суперпозиции:

Напряженность электрического поля, создаваемого точечным зарядом q, равна Напряженность поля заряженной бесконечной плоскости с поверхностной плотностью заряда σ:

Направление касательной к силовой линии в каждой точке пространства совпадает с направлением напряженности электрического поля в этой точке. Синими линиями изображены эквипотенциальные поверхности электрического поля.

Важной энергетической характеристикой электрического поля является потенциал. Знание потенциала в любой точке позволяет предсказать, какая работа будет совершена полем при произвольном перемещении заряда. Потенциал поля, создаваемого точечным зарядом q, на расстоянии r от заряда – это скалярная величина равная При r φ 0. Физическое значение имеет разность потенциалов, называемая напряжением U. Напряжение электрического поля измеряется в вольтах (В).

Работа электрического поля по перемещению заряда из точки A в точку B пропорциональна напряжению между этими точками: A = Uq. Так как электростатическое поле – это поле консервативных сил, то его работа не зависит от пути, по которому перемещается заряд. Работа электростатического поля по замкнутой траектории равняется нулю.

Заряженные тела, помещенные в электрическое поле, обладают потенциальной энергией. Работа электрического поля при перемещении заряженного тела равна убыли потенциальной энергии тела: A = –ΔW. Потенциальная энергия точечного заряда в электростатическом поле равна произведению потенциала поля в данной точке на величину заряда: W = φq.

В проводнике, помещенном в электрическое поле, происходит разделение положительных и отрицательных зарядов. Свободные заряды перераспределяются внутри проводника таким образом, что суммарное электрическое поле внутри него становится равным нулю (это явление называется электростатической индукцией).

На этом основана электростатическая защита. Поле в металлической полости равно нулю.

В диэлектриках нет свободных зарядов, способных перемещаться по всему объему тела. При внесении диэлектрика в электрическое поле в нем могут происходить поляризационные процессы двух типов: деформация молекул (то есть разделение зарядов внутри молекулы); ориентация (разворот) молекул вдоль силовых линий.

Неполярные диэлектрики Полярные диэлектрики

Практический интерес представляют системы из двух проводников, разделенных диэлектриком. Это конденсаторы, способные накапливать электрический заряд и соответственно энергию электростатического поля. Плоский конденсатор школьный Энергия электрического поля внутри конденсатора равняется

Электроемкость, характеризующая способность конденсатора к накоплению заряда равна где q – заряд положительной обкладки, U – напряжение между обкладками. Если увеличить площадь пластин S, уменьшить расстояние между ними d или ввести между ними диэлектрик (с большей диэлектрической проницаемостью вещества ε), то электроёмкость конденсатора увеличится. Электроемкость конденсатора не зависит от заряда обкладок. В СИ электроемкость измеряется в фарадах.

Конденсаторы бумажные и электролити- ческие Конденсатор переменной емкости Конденсаторы бумажные разной емкости на одно напряжение Конденсаторы бывают:

Электроемкость C батареи, составленной из параллельно соединенных конденсаторов C 1 и C 2, рассчитывается по формуле а батареи, составленной из последовательно соединенных конденсаторов, по формуле

Применение конденсаторов Конденсаторы в клавиатуре компьютера Интегральные схемы на материнской плате компьютера Приемник А.С.Попова Фотовспышки Осциллограф двулучевой Колебательный контур

Проверь себя: 1. К одному концу незаряженного металлического стержня поднесён без соприкосновения положительный заряд. Если от стержня отделить в это время его второй конец, то какой электрический заряд будет на нём обнаружен 1. К одному концу незаряженного металлического стержня поднесён без соприкосновения положительный электрический заряд. Если от стержня отделить в это время его второй конец, то какой электрический заряд будет на нём обнаружен А. Положительный А. Положительный Б. Отрицательный Б. Отрицательный В. Любая часть стержня не имеет электрического заряда В. Любая часть стержня не имеет электрического заряда Г. В зависимости от размеров отделённой части знак заряда может быть Г. В зависимости от размеров отделённой части знак заряда может быть положительным или отрицательным положительным или отрицательным 2. Два точечных электрических заряда q и 2q на расстоянии r друг от друга притягиваются с силой F. С какой силой будут притягиваться заряды 2q и 2q на расстоянии 2r? А. F А. F Б. 2F Б. 2F В. 4F В. 4F Г. ½ F Г. ½ F Д. ¼ F Д. ¼ F Е. 1/8 F Е. 1/8 F 3. Одинаковые по величине, но разные по знаку заряды расположены в двух вершинах равностороннего треугольника. Вектор напряжённости в третьей вершине треугольника направлен… А. вниз А. вниз Б. влево Б. влево В. вверх В. вверх Г. вправо Г. вправо

4. Электрический заряд q на расстоянии R от точечного заряда Q обладает потенциальной энергией W. Какой потенциальной энергией будет обладать электрический заряд 2q на расстоянии 3R от заряда Q? А. 6 W А. 6 W Б. 18 W Б. 18 W В. 2/3 W В. 2/3 W Г. 2/9 W Г. 2/9 W Д. 1/6 W Д. 1/6 W Е. 1/18 W Е. 1/18 W 5. Между пластинами плоского конденсатора находится воздух. Как изменится разность потенциалов между пластинами и электроёмкость конденсатора при уменьшении расстояния между пластинами? А. U увеличится, C увеличится А. U увеличится, C увеличится Б. U увеличится, C уменьшится Б. U увеличится, C уменьшится В. U уменьшится, C увеличится В. U уменьшится, C увеличится Г. U уменьшится, C уменьшится Г. U уменьшится, C уменьшится Д. U не изменится, C увеличится Д. U не изменится, C увеличится Е. U не изменится, C уменьшится Е. U не изменится, C уменьшится 6. Электрическое поле конденсатора обладает энергией W. Какой энергией будет обладать это поле, если между обкладками ввести диэлектрик с диэлектрической проницаемостью равной 4? А. ¼ W А. ¼ W Б. ½ W Б. ½ W В. W В. W Г. 2 W Г. 2 W Д. 4 W Д. 4 W

В проекте использованы: 1.Учебное электронное пособие ФИЗИКОН 2.Физика 10 класс, Касьянов В.А., 2000г, М. «Дрофа» 3.Физика, Д.Джанколи, 1989г М. «Мир» 4.Физика 11 класс, Касьянов В.А., 2001г, М. «Дрофа»