Электростатическое поле и его напряженность
Физики Корчагина И. А.
Введение
В пособии излагается теоретический материал по теме «Электрическое поле».
Пособие предназначено для изучения основного теоретического материала, для проведения семинарских занятий, для самостоятельной работы студентов, для подготовки к экзаменам.
Вопросы темы систематизированы в компактные структурные единицы, включающие базовые понятия и формулы, формулировки основных физических законов, суть важнейших физических явлений и процессов.
| ВЕЛИЧИНА | ОБОЗНАЧЕНИЕ | ЕДИНИЦА |
| Диэлектрическая проницаемость среды | ε | |
| ЭДС | ξ | В |
| Индуктивность | L | Гн |
| Магнитная индукция | В | Тл |
| Мощность тока | Р | Вт |
| Напряженность | Е | В/м |
| Объемная плотность энергии | w | Дж/мЗ |
| Поверхностная плотность заряда | J | Кл/м2 |
| Потенциальная энергия | W | Дж |
| Работа | А | Дж |
| Расстояние | r | м |
| Сила тока | I | Кл |
| Сопротивление | R | Ом |
| Удельное электрическое сопротивление | р | Ом∙м |
| Электроёмкость | с | Ф |
Электрическое поле
1. Электрический заряд и закон его сохранения
| Электрический заряд | Физическая величина, характеризующая способность тел или частиц к электромагнитным взаимодействиям |
| Единица электрического заряда 1 Кл ; 1Кл=l А∙с | 1 Кл - электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А за время 1 с. Кулон - производная единица |
| Элементарный электрический заряд е= 1,6∙10-19 Кл | Наименьший электрический заряд, положительный или отрицательный, равный величине заряда электрона |
| Носителиэлементарногоэлектрического заряда | электрон – mе= 9,11∙10-31 кг; носитель элементарного отрицательного заряда. протон mр= 1,67∙10-27 кг; носитель элементарного положительного заряда |
| Электризация тела | Состоит в потере или приобретении телом некоторого количества электронов. |
| Замкнутая система зарядов | Система, не обменивающаяся зарядами с внешними телами |
| Закон сохранения электрического заряда | Алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы остается неизменной, какие бы процессы ни происходили внутри данной системы. |
Закон Кулона.
Электростатическое поле и его напряженность
| Точечный заряд | Заряд, сосредоточенный на теле, линейные размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстояниями до других заряженных тел, с которыми он взаимодействует. Точечный заряд, как и материальная точка, - физическая абстракция |
| Закон Кулона (вакуум) F = 1/4πε0∙q1q2/r2 | Сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорциональна зарядам q1 и q2 и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними. Сила F направлена по прямой, соединяющей взаимодействующие заряды, т. е. является центральной, и соответствует притяжению (F < О) в случае разноименных зарядов и отталкиванию (F > О) в случае одноименных зарядов. Эта cиланазывается кулоновской силой. |
| Электрическая постоянная ε 0 = 8,85∙10-12 Ф/м | Относится к числу фундаментальных физических постоянных; 1/4πε0 = к = 9∙109 м/Ф |
| Диэлектрическая проницаемость средыε =F0/F | Безразмерная величина, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия F между зарядами в данной среде меньше их силы взаимодействия Fo в вакууме |
| Закон Кулона (среда) | Взаимодействующие заряды находятся в однородной и изотропной среде с диэлектрической проницаемостью ε. |
| Электрическое поле | Силовое поле, посредством которого взаимодействуют электрические заряды. |
| Электростатическое поле | Поле, создаваемое неподвижными электрическими зарядами. |
| Напряженность электростатического поля Е = F/q | Физическая величина, определяемая силой, действующей на единичный положительный, помещённый в данную точку поля |
| Единица напряжённости 1Н/ Кл = 1В/м | 1 Н/Кл - напряженность такого электростатического поля, которое на точечный заряд 1 Кл действует с силой в 1 Н. |
| Напряжённость -характеристика данной точки электростатического поля | Если в поле, создаваемое зарядом Q, помеcтить пробный заряд Qo,, то на него действует сила F, которая, согласно закону Кулона, пропорциональна пробному заряду Qo.. Поэтому отношение F /Qo не зависит от величины Qo и характеризует электростатическое поле в той точке, где пробный заряд находится. Напряженность электростатического поля - силовая векторная характеристика. |
| Напряженность поля точечного заряда Е =кq/εr2 | R – расстояние от данной точки поля до заряда q. |
| Направление вектораЕ | Совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд. Если поле создается положительным зарядом, то вектор Енаправлен вдоль радиуса-вектора от заряда во внешнее пространство (отталкивание пробного положительного заряда); если поле создается отрицательным зарядом, то вектор Е направлен к заряду. |