Центр мас системи. Рух центра мас. 8 страница

1. Діелектрична проникність речовини - це характеристика електричних властивостей речовини.

2. Визначення. Діелектрична проникність речовини - це фізична величина, яка показує, у скільки разів речовина послаблює електричне поле в порівнянні з вакуумом.

3. Діелектрична проникність речовини - це скалярна величина.

4. Діелектрична проникність речовини - це таблична величина. Її можна обчислити за формулами ε=F₀/F; ε=Е₀/Е, де F₀ – сила взаємодії зарядів у вакуумі; F - – сила взаємодії зарядів у речовині; Е₀ – напруженість електричного поля у вакуумі; Е - напруженість електричного поля вречовині.

5. [ε] = 1

10.2 Електричне поле. Напруженість електричного поля. Принцип суперпозиції. Поле системи зарядів

Електричне поле і його властивості

За сучасними уявленнями, матерія існує у двох формах: речовини й поля. Про речовину людство мало уявлення здавна, тому що вона прямо діє на органи чуття людини (дотик, зір, смак і т.п.), і відомості про неї нагромаджувались та уточнювались. Уявлення про електричне поле було введено в науку лише близько 150 років тому видатними англійськими вченими Фарадеєм і Максвеллом. Отже, поле така сама фізична реальність, як і речовина. Зараз воно відоме теж у декількох видах: гравітаційного, електричного (електромагнітного), ядерного та слабкого. Усі відомі поля мають притаманні їм властивості. Якщо поле створюється нерухомими зарядами, то його називають статичним. Електростатичне поле має такі властивості:

1. Електростатичне поле створюється зарядом.

2. Електростатичне поле діє на заряд.

3. Електростатичне поле описують за допомогою двох фізичних величин Е - напруженості електричного поля (силової характеристики поля) і j - потенціалу електричного поля (енергетичної характеристики поля).

4. Електростатичне поле послаблюється речовиною у ξ разів.

5. Для електростатичного поля справедливий принцип суперпозиції полів. Поля не взаємодіють між собою, а накладаються одне на одне й діють на внесений в них заряд незалежно одне від одного.

6. В однорідному середовищі електростатичне поле неперервне і зменшується обернено пропорційно R², де R відстань від заряду, що створює поле, до точки у якій це поле розглядають.

7. Електростатичне поле розповсюджується у вакуумі з швидкістю 300 000 км/с.

8. Електростатичне поле потенціальне, тобто робота електростатичного поля по переміщенню заряду не залежить від траєкторії переміщення, і робота по переміщенню заряду вздовж замкненої траєкторії дорівнює нулю.

9. На малюнку електростатичне поле зображають за допомогою силових ліній електростатичного поля й еквіпотенціальних поверхонь.

Напруженість електростатичного поля (ф.в.)

1. Напруженість електростатичного поля - це силова характеристика електростатичного поля. Це означає, що якщо її помножити на заряд, то отримують силу.

2. Визначення. Напруженість електростатичного поля - це фізична величина, яка дорівнює відношенню сили, що діє на заряд, внесений в електричне поле, до величини цього заряду.

3. Це векторна величина, напрямок якої залежить від заряду, що створює поле. Якщо поле створене додатнім зарядом, то напруженість напрямлена від заряду, якщо від'ємним - до заряду.

4. Де F- сила, яка діє на заряд, внесений у електростатичне поле q₀ - заряд, який вносять у поле (цей заряд повинен бути настільки малим, щоб він не змінював величини й розподілу тих зарядів, що утворюють електричне поле).

5. [Е] = Н/Кл = В/м.

Електрична сила

На заряд, внесений в електричне поле діє сила, яка дістала назву електрична.

1. Визначення. Електрична сила - це сила, яка діє на заряд, внесений в електричне поле.

2.Формула для обчислення електричної сили має вигляд:

F_ел = Еq₀ (для електрона F = Ее), де F_ел – електрична сила, Е – напруженість електричного поля, q₀ – електричний заряд внесений в поле, е – елементарний заряд.

3. Напрямок дії сили залежить від знака заряду. Якщо заряд позитивний, то електрична сила напрямлена за напрямком напруженості електричного поля, якщо негативний - проти напрямку напруженості.

4. Формула електричної сили носить більш загальний характер, оскільки вона дає змогу обчислити силу дії заряду незалежно від того, що є джерелом поля: заряд, система точкових зарядів чи заряджене тіло, а кулонівська сила описує лише взаємодію точкових зарядів або куль. Тобто сила кулона є частковим випадком електричної сили.

Лінії напруженості електричного поля

Для наочного зображення електричного поля користуються «сімейством ліній», що вказують напрямок напруженості поля в кожній точці простору. Ці лінії дістали назву «лінії напруженості» або «силові лінії» електричного поля.

Визначення. Лінії напруженості електростатичного поля - це лінії, дотична до яких показує напрямок напруженості електричного поля в даній точці.

Лінії напруженості електростатичного поля мають наступні властивості:

Рисунок 10.3 Лінії напруженості електричного поля: 1) позитивного точкового заряду; 2) негативного точкового заряду; 3) різнойменних зарядів; 4) однойменних зарядів; 5) двох різнойменно заряджених пластин.

1) лінії напруженості електричного поля носять розімкнений характер, тобто починаються на позитивних і закінчуються на негативних зарядах, або ідуть у нескінченність;

2) Лінії напруженості електричного поля не перетинаються між собою і є неперервними між зарядами;

3) Для однорідного поля лінії напруженості електричного поля паралельні одна одній.

Рисунок 10.4 До пояснення принципу суперпозиції полів.

Силові лінії проводяться так, щоб указувати напрямок сили, що діє полі на позитивний пробний заряд. Силові лінії точкового позитивного заряду показані на рисунку 10.3.

Принцип суперпозиції полів

1. Установлює, що відбувається з полями, отриманими від кількох зарядів. Якщо поле утворене не одним зарядом, а кількома, то сили, що діють на пробний заряд, складаються за правилом додавання векторів. Тому й напруженість системи зарядів у даній точці поля дорівнює векторній сумі напруженості полів від кожного заряду окремо (Рисунок 10.4). Дане положення отримало назву «принцип суперпозиції полів».

2. Визначення. Поля не взаємодіють між собою, а накладаються одне на одне й діють на внесений в них заряд незалежно одне від одного.

3. , .

4. Межі застосування. Принцип суперпозиції електростатичного полів можна застосовувати для вакууму й більшості речовин. Але його не можна застосовувати при розгляді електричних полів у тих діелектриках, у яких електричне поле змінює їх діелектричну проникність.

10.3. Потік вектора Е. Теорема Остроградського-Гауса для потоку вектора Е.

Потік напруженості електричного поля Ф_Е

1. Потік напруженості електричного поля через площадку - це одна з характеристик поля, яку можна розглядати як число силових ліній, що перетинають її поверхню (Рисунок 10.5).

Рисунок 10.5 До пояснення потоку напруженості електричного поля.

2. Визначення. Потоком напруженості електричного поля Ф_Е через поверхню площею (S) називають величину рівну добутку напруженості електричного поля (Е) на площу поверхні (S) і на косинус кута між вектором напруженості й нормаллю ( ) до поверхні.

Рисунок 10.6 Проекція вектора Еn на нормаль n до площі dS

3. Це скалярна величина.

4. . Або де Е_n - проекція вектора на нормаль n до площі dS (Рисунок 10.6.). Якщо поле неоднорідне, то потік визначається інтегралом .

5. Одиниця вимірювання потоку вектора напруженості електростатичного поля - вольт·метр [Ф_Е] = В·м.