Электричество и магнетизм. 1. Электрические заряды и их свойства

Электростатика.

1. Электрические заряды и их свойства. Взаимодействие электрических зарядов.

Электрический заряд — это связанное с телом свойство, позволяющее ему быть источником электрического поля и участвовать в электромагнитных взаимодействиях. Заряд является количественной характеристикой. Единица измерения заряда в СИ .
Заряд бывает двух видов, называемых положительным и отрицательным: заряды одного вида отталкиваются друг от друга, заряды разных видов - притягиваются, причем сила отталкивания равна по модулю силе притягивания; число положительных и отрицательных зарядов во Вселенной одинаковое. Электрический заряд релятивистски инвариантен, т. е. его величина не зависит от скорости системы отсчета, как бы велика она ни была. Величина заряда может принимать только дискретные значения: минимальный заряд частицы e = 1.60·1019 Кл; любой заряд q кратен минимальному, т.е. q=Ne, где N - целое число; минимальные положительный и отрицательный заряды равны по абсолютной величине.

2.Закон Кулона.

Зако́н Куло́на — это закон, описывающий силы взаимодействия между точечными электрическими зарядами.

Сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорциональна зарядам Q1 и Q2 и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними:

3. Электрическое поле и его характеристики. Напряжённость электрического поля. Силовые линии, потенциал.

Электрическое поле — одна из составляющих электромагнитного поля; особый вид материи, существующий вокруг тел или частиц, обладающихэлектрическим зарядом, а также в свободном виде при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может наблюдаться благодаря его силовому воздействию на заряженные тела.

Напряжённость электрического поля – это его силовая характеристика.

Напряжённость – это отношение силы, действующей на заряд, к величине этого заряда.

Электрическое поле наглядно изображается с помощью силовых линий. Силовой линией электрического поля называется линия, в каждой точке которой касательная совпадает с вектором напряженности поля.

электрическое поле характеризуется двумя физическими величинами: напряженностью (силовая характеристика) и потенциалом (энергетическая характеристика)

4.Принцип суперпозиции электрических полей

Принцип суперпозиции для электрического пол: если есть n точечных зарядов любого знака, то результирующий вектор напряжённости электрического поля в точке будет равен векторной сумме напряжённостей, которые создаются в этой точке каждым из зарядов, т.е. Е = Е1+Е2+...+Еn. Важно, если даны значения напряжённости или величина заряда, то просто складывать нельзя, складывать можно только векторы (векторная сумма), а модуль результирующей напряжённости находится для каждой ситуации по-своему.

5. Работа перемещения заряда в электрическом поле.

При перемещении заряда в электрическом поле из одной точки в другую работа сил электрического поля не зависит от траектории' его движения. При изменении направления перемещения на 180° работа сил электрического поля, как и работа силы тяжести, изменяет знак на противоположный. Работа сил электростатического поля при движении электрического заряда по любой замкнутой траектории равна нулю. Поле, работа сил которого по любой замкнутой траектории равна нулю, называется потенциальным полем. Гравитационное и электростатическое поля являются потенциальными полями.

6. Циркуляция и поток ветра напряжённости электрического поля.

7.Теорема Гаусса.

Теорема Гаусса (закон Гаусса) — один из основных законов электродинамики, входит в систему уравнений Максвелла. Выражает связь (а именно равенство с точностью до постоянного коэффициента) между потоком напряжённости электрического поля сквозь замкнутую поверхность и зарядом в объёме, ограниченном этой поверхностью.

8. Связь напряжённости с потенциалом

Знак минус обусловлен тем, что напряженность поля направлена в сторону убывания потенциала, тогда как градиент потенциала направлен в сторону возрастания потенциала.

9.Проводники и диэлектрики.

По электрическим свойствам тела можно разделить на проводники и диэлектрики. Проводниками называют тела, через которые электрические заряды могут переходить от заряженного тела к незаряженному. Способность проводников пропускать через себя электрические заряды объясняется наличием в них свободных носителей заряда. Примерами проводников могут служить металлические тела в твердом и жидком состоянии, жидкие растворы электролитов.

Диэлектриками, или изоляторами, называются такие тела, через которые электрические заряды не могут переходить от заряженного тела -к незаряженному. К диэлектрикам, например, относятся воздух и стекло, плексиглас и эбонит, сухое дерево и бумага.

10. Диэлектрическая проницаемость вещества.

Величина ε показывает, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в среде меньше, чем в вакууме.

11.Поляризация диэлектриков.

Поляризация диэлектриков — явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно.

12. Электроёмкость проводника.

Электроемкость уединенного проводника есть физическая величина численно равная величине заряда, который необходимо сообщить данному проводнику для увеличения его потенциала на единицу. В СИ единицей емкости является Фарад (Ф).

13. Конденсаторы. Ёмкость конденсатора. Соединение конденсаторов.

Конденсатор – система двух проводников, разделённых слоем диэлектрика, в которой обеспечивается сильное взаимодействие полей, созданных накоплением на этих проводниках зарядами.

Ёмкость конденсатора – скалярная физическая величина, характеризующая способность конденсатора накапливать электрический заряд и численно равная заряду, который должен быть перенесён с одной обкладки конденсатора на другую, чтобы разность потенциалов между ними изменялась на единицу.

Конденсаторы соединяются параллельно и последовательно.

14. Энергия электростатического поля.

Энергия электростатического поля - это энергия системы неподвижных точечных зарядов, энергия уединенного заряженного проводника и энергия заряженного конденсатора.