Электрический заряд. Закон сохранения заряда. Закон Кулона

Электрический заряд. Закон сохранения заряда. Закон Кулона

Электрический заряд – скалярная физическая величина, характеризуются свойство материальных объектов вступать в электромагнитное взаимодействие и определяющая интенсивность этого взаимодействия. Электрическим зарядом обладают элементарные частицы материи – электроны, протоны, позитроны и др.

Известны два рода электрических зарядов, условно называемых положительными и отрицательными . Экспериментально установлено, что абсолютная величина электрического заряда всех заряженных элементарных частиц одинакова и равна: e = 1,6*10^-19 Кл. .

Неуничтожимость эле- ментарного заряда проявляется в законе сохранения электрического заряда: если система является замкнутой, то полный электрический заряд системы сохраняется: const q₁ + q₂ +….+ q_n =const или q₁ + q₂ +…+ q = q₁ ′ + q₂ ′ +…+ q_n ′,

где q₁ , q₂ ,…, q_n – заряды тел системы в момент времени t, q ₁′, q₂ ′ ,…, q_n ′ – то же в момент времени t′ .

Ш. Кулон (Франция) в 1785 г. установил закон взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов. Заряд называется точечных размеров, если он сосредоточен на теле, размерами которого можно пренебречь. Согласно закону Кулона, электрическая сила, с которой точечный заряд q₁ действует в вакууме на другой точечный заряд q₂, пропорциональна произведению зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена по прямой, соединяющей заряды:

где r₁₂ радиус – вектор, проведённый от q₁ к q₂ ; r₁₂ – модуль этого вектора; k - положительный коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц.

Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Поле точечного заряда. Принцип суперпозиции

Электрическое поле – одна из сторон электромагнитного поля,

создаётся электрическими зарядами и изменяющимся магнитным по-

лем и передаёт действие электрических сил.

Напряжённость электрического поля в данной точке – векторная

физическая величина, характеризующая силовое действие поля на на-

ходящиеся в нём электрические заряды и равная силе, с которой поле

действовало бы на единичный точечный, положительный заряд, по-

мещённый в эту точку:

Поляризация диэлектрика. Поляризованность. Электрическое смещение. Диэлектрическая проницаемость

Поляризацией называется состояние вещества, при котором элементарный объем диэлектрика приобретает электрический момент.

Диэлектри́ческая проница́емость, безразмерная величина e, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия F между электрическими зарядами в данной среде меньше их силы взаимодействияF_o в вакууме: e=F_о/F.

Диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз поле ослабляется диэлектриком, количественно характеризуя свойство диэлектрика поляризоваться в электрическом поле.

Значение относительной диэлектрической проницаемости вещества, характеризующее степень его поляризуемости, определяется механизмами поляризации. Однако величина в большой мере зависит и от агрегатного состояния вещества, так как при переходах из одного состояния в другое существенно меняется плотность вещества, его вязкость и изотропность.

Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца в инте- гральной и дифференциальной форме.

РАБОТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Работа электрического тока показывает, какая работа была совершена электрическим полем при перемещении зарядов по проводнику.

Зная две формулы:
I = q/t ..... и ..... U = A/q
можно вывести формулу для расчета работы электрического тока:

Работа электрического тока равна произведению силы тока на напряжение
и на время протекания тока в цепи.

Единица измерения работы электрического тока в системе СИ:
[ A ] = 1 Дж

Мощность электрического тока показывает работу тока, совершенную в единицу времени
и равна отношению совершенной работы ко времени, в течение которого эта работа была совершена.

(мощность в механике принято обозначать буквой N, в электротехнике — буквой Р)
так как А = IUt, то мощность электрического тока равна:

или

Единица мощности электрического тока в системе СИ:

[ P ] = 1 Вт (ватт)

Законы Кирхгофа.

Первый закон Кирхгофа является следствием принципа непрерывности электрического тока, в соответствии с которым суммарный поток зарядов через любую замкнутую поверхность равен нулю, т.е. количество зарядов выходящих через эту поверхность должно быть равно количеству входящих зарядов. Основание этого принципа очевидно, т.к. при нарушении его электрические заряды внутри поверхности должны были бы либо исчезать, либо возникать без видимых причин.

лгебраическая сумма токов в любом узле электрической цепи равна нулю

в любом узле сумма токов направленных к узлу равна сумме токов направленных от узла , где p+q=n

Второй закон Кирхгофа

В замкнутом контуре электрической цепи сумма всех эдс равна
сумме падения напряжения в сопротивлениях того же контура.

E1 + E2 + E3 +...+ En = I1R1 + I2R2 + I3R3 +...+ InRn.

При составлении уравнений выбирают направление обхода цепи и произвольно задаются направлениями токов.

Если в электрической цепи включены два источника энергии, эдс которых совпадают по направлению, т. е. согласно изо1, то эдс всей цепи равна сумме эдс этих источников,
т. е.
E = E1+E2.

Если же в цепь включено два источника, эдс которых имеют противоположные направления, т. е. включены встречно изо2, то общая эдс цепи равна разности эдс этих источников
Е = Е1—Е2.

Виды магнетиков

1. Магнетики с линейной зависимостью :

1.1) парамагнетики ,

1.2) диамагнетики ;

для а) и б) значение - мало по модулю, - близко к 1.

2. Ферромагнетики.

Это магнетики с нелинейной зависимостью , зависит от предыстории и является функцией напряженности; существует гистерезис.

и может достигать высоких значений по сравнению с пара- и диамагнетиками.

Первые два типа веществ 1.1 и 1.2 обладают слабыми магнитными свойствами, а ферромагнетики – сильными.

Диамагнетизм (от греч. dia – расхождение и магнетизм) - свойство веществ намагничиваться навстречу приложенному магнитному полю.

Диамагнетиками называются вещества, магнитные моменты атомов которых в отсутствии внешнего поля равны нулю, т.к. магнитные моменты всех электронов атома взаимно скомпенсированы (например инертные газы, водород, азот, NaCl и др.).

Вектор намагниченности диамагнетика равен:

где n₀ – концентрация атомов, – магнитная постоянная, –магнитная восприимчивость среды.

Парамагнетизм (от греч. para – возле, рядом и магнетизм) - свойство веществ во внешнем магнитном поле намагничиваться в направлении этого поля, поэтому внутри парамагнетика к действию внешнего поля прибавляется действие наведенного внутреннего поля.

Парамагнетиками называются вещества, атомы которых имеют, в отсутствие внешнего магнитного поля, отличный от нуля магнитный момент .

Ферромагнетики - это вещества, обладающие спонтанной намагниченностью, то есть они сохраняют намагниченность при отсутствии внешнего магнитного поля.

К ферромагнетикам относятся, например, кристаллы железа, никеля, кобольта.

Магнитный гистерезис наблюдается в магнитоупорядоченных веществах (в определенном интервале температур), например в ферромагнетиках, обычно разбитых на домены области спонтанной (самопроизвольной) намагниченности, у которых величина намагниченности (магнитный момент единицы объема) одинакова, но направления различны.

Правило Ленца

Ток, индуцируемый при изменении магнитного поля проходящего через контур, своим магнитным полем препятствует этому изменению.

В том случае, когда мы вводим магнит в катушку, магнитный поток в контуре увеличивается, а значит магнитное поле, создаваемое индуцируемым током, по правилу Ленца, направлено против увеличения поля магнита. Чтобы определить направление тока, нужно посмотреть на магнит со стороны северного полюса. С этой позиции мы будем вкручивать буравчик по направлению магнитного поля тока, то есть навстречу северному полюсу. Ток будет двигаться по направлению вращения буравчика, то есть по часовой стрелке.

В том случае, когда мы выводим магнит из катушки, магнитный поток в контуре уменьшается, а значит магнитное поле, создаваемое индуцируемым током, направлено против уменьшения поля магнита. Чтобы определить направление тока, нужно выкручивать буравчик, направление вращения буравчика укажет направление тока в проводнике – против часовой стрелки.

Электрический заряд. Закон сохранения заряда. Закон Кулона

Электрический заряд – скалярная физическая величина, характеризуются свойство материальных объектов вступать в электромагнитное взаимодействие и определяющая интенсивность этого взаимодействия. Электрическим зарядом обладают элементарные частицы материи – электроны, протоны, позитроны и др.

Известны два рода электрических зарядов, условно называемых положительными и отрицательными . Экспериментально установлено, что абсолютная величина электрического заряда всех заряженных элементарных частиц одинакова и равна: e = 1,6*10^-19 Кл. .

Неуничтожимость эле- ментарного заряда проявляется в законе сохранения электрического заряда: если система является замкнутой, то полный электрический заряд системы сохраняется: const q₁ + q₂ +….+ q_n =const или q₁ + q₂ +…+ q = q₁ ′ + q₂ ′ +…+ q_n ′,

где q₁ , q₂ ,…, q_n – заряды тел системы в момент времени t, q ₁′, q₂ ′ ,…, q_n ′ – то же в момент времени t′ .

Ш. Кулон (Франция) в 1785 г. установил закон взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов. Заряд называется точечных размеров, если он сосредоточен на теле, размерами которого можно пренебречь. Согласно закону Кулона, электрическая сила, с которой точечный заряд q₁ действует в вакууме на другой точечный заряд q₂, пропорциональна произведению зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена по прямой, соединяющей заряды:

где r₁₂ радиус – вектор, проведённый от q₁ к q₂ ; r₁₂ – модуль этого вектора; k - положительный коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц.