Напряженность электрического поля

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 5Следующая ⇒

СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРИИ

Теория

Электризация  представляет собой процесс, в результате которого тело приобретает электрический заряд. Электрический заряд -  определяет способность тел участвовать в электромагнитных взаимодействиях. В природе существует два рода электрических зарядов, которые условно назвали положительными и отрицательными. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. (рис. 1) Рис. 1 Взаимодействие электрических зарядов Электризация тел – процесс перераспределения электрических зарядов, входящих в состав тела. При электризации не происходит возникновения новых зарядов, а имеет место их перераспределение между телами или разными частями одного и того же тела равномерно. При этом, безусловно, справедлив закон сохранения заряда - в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной:
	Закон сохранения электрического заряда
Виды электризации тел: 1. Электризация за счёт электропроводности происходит при контакте двух проводников с различными зарядами. Так, например, при контакте заряженного и нейтрального тела происходит частичное перераспределение свободных электронов между телами. Если заряженное тело несло отрицательный заряд, то электроны частично мигрируют на незаряженное тело, если заряженное тело имело первоначально положительный заряд, то на него прейдёт часть электронов с незаряженного тела таким образом, что электрический заряд на обоих проводниках станет равным; 2. Электризация трением возникает при механическом контакте перемещающихся друг относительно друга нейтральных тел, когда электроны одного тела переходят на другое. В результате электризации трением тела получают одинаковые по модулю и противоположные по знаку электрические заряды. Электризация трением является причиной возникновения, так называемого, «статического электричества», разряды которого наблюдаются при расчёсывании в темноте сухих волос. 3. Электризация через влияние происходит за счёт индуцирования (наведения) электрического заряда полем. Если к нейтральному проводнику поднести заряженное тело(без прямого контакта) то свободные заряды нейтрального проводника придут под действием поля в движение и в одном конце тела появится избыток электронов, а в другом их недостаток. Разрезав в целом электрически нейтральное тело, можно получить два разноимённо заряженных тела.

Закон Кулона

Закон Кулона – сила взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов прямо пропорциональна произведению их модулей и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Сила Кулона направлена вдоль прямой, соединяющей взаимодействующие заряды. Если на данный заряд действует несколько других зарядов, то равнодействующая сила , действующая на заряд q, равна векторной сумме сил, действующих на него со стороны каждого из других зарядов в отдельности (рис.2). Рис. 2 Равнодействующая сила , действующая на заряд q
	Закон Кулона	q - электрический заряд (Кл, Кулон)  – сила кулоновского взаимодействия (Н, Ньютон) r – расстояние между электрическими зарядами, (м)  -электрическая постоянная - коэффициент пропорциональности в законе Кулона  – диэлектрическая проницаемость среды
– диэлектрическая проницаемость среды – табличная величина, показывающая, во сколько раз электрическое взаимодействие в среде уменьшается по сравнению с вакуумом.  в вакууме равно 1. При перемещении электрических зарядов в другую среду с диэлектрической проницаемостью сила кулоновского взаимодействия между зарядами уменьшается в раз.

Рис. 3 Направление вектора напряженности

Напряженность поля

Силовые линии напряженностиэлектрического поля – непрерывные линии, касательные к которым в каждой точке, через которые они проходят, совпадают с вектором напряженности.     

Свойства силовых линий:

- не замкнуты;                                                                                         

- не пересекаются;

- непрерывны;

- направление совпадает с направлением вектора напряжённости;

- начало на + q или в бесконечности, конец на – q или в бесконечности;

- гуще вблизи зарядов (где больше напряжённость).

- перпендикулярны поверхности проводника

Рис. 4 Картины силовых линий электростатического поля

Рис.4 а) Картина силовых линий однородного электрического поля

Рис.4 б) Картина силовых линий положительного точечного заряда

Рис.4 в) Картина силовых линий отрицательного точечного заряда

Рис. 5 Напряженность электрического поля проводящей сферы или шара

Принцип суперпозиции полей - если в данной точке пространства различные заряды создают электрические поля напряженности, которых , ,  … и т.д., то результирующая напряженность поля в этой точке равна векторной сумме напряжённостей отдельных полей.

Принцип суперпозиции полей

Рис. 6 Принцип суперпозиции полей:

а) двух положительных зарядов

б) двух отрицательных зарядов

в) положительного и отрицательного зарядов

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц, при котором происходит перенос заряда из одних областей пространства в другие.

· Электрический ток может возникать в самых различных средах: твёрдых телах, жидкостях, газах. Порой и среды никакой не нужно — ток может существовать даже в вакууме!

· Направлением тока принято считать направление движения положительных зарядов. Попросту говоря, по соглашению ток течёт от «плюса» к «минусу»

Рис. 9 Направление тока в цепи.

· По графику зависимости I (t) можно вычислить заряд, прошедший по цепи за интервал времени от t = t ₁ до t = t _2. Он численно равен площади фигуры, ограниченной графиком функции I (t), осью t и вертикальными прямыми t = t ₁ и t = t _2.

Рис. 10 График зависимости I (t)

· Если сила тока и его направленность не меняются со временем, то он называется постоянным током. Для постоянного тока:

АМПЕРМЕТР – прибор для измерения силы электрического тока.

Рис. 11 Амперметры

Рис. 12 Схематическое изображение амперметра

Напряжение – (U) равно отношению работы электрического поля по перемещению заряда к величине перемещаемого заряда на участке цепи.

Рис. 13 Напряжение

Напряжение

· 1 Вольт равен электрическому напряжению на участке цепи, где при протекании заряда,
равного 1 Кл, совершается работа, равная 1 Дж:

1 В = 1 Дж/1 Кл.

· ВОЛЬТМЕТР - прибор для измерения электродвижущей силы и напряжения в электрической цепи.

Рис. 14 Вольтметры

Рис. 15 Схематическое изображение вольтметра

Закон Ома для участка цепи - сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна сопротивлению участка.

Закон Ома оказался справедливым не только для металлов, но и для растворов электролитов.

Рис. 16 Вольт-амперная характеристика металлического проводника

Закон Ома

I – сила тока (А, Ампер)

U – напряжение (В, Вольт)

R – сопротивление (Ом)

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, называется силой Ампера.

· Направление силы Ампера можно определить по правилу левой руки - если ладонь левой руки расположить так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца направить по току в проводнике, то большой палец, отставленный на 90°, покажет направление силы Ампера, действующей на этот проводник в данном магнитном поле.

Рис.32 Определение силы Ампера

· Величину силы Ампера определяет закон Ампера: сила , действующая на проводник с током в однородном магнитном поле, равна произведению магнитной индукции этого поля , силы тока в проводнике I, длины проводника в магнитном поле l и синуса угла α между направлением магнитного поля и направлением тока в проводнике:

Сила, с которой магнитное поле действует на движущийся в нем заряд, называется силой Лоренца.

Определить направление силы Лоренца можно тоже по правилу левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы магнитные линии входили в нее, а четыре вытянутых

пальца направить по направлению движения положительного заряда (или против направления движения отрицательного заряда), то большой палец, отставленный на 90°, покажет направление силы Лоренца. (Для отрицательного заряда направление силы Лоренца будет противоположным)

Рис.33 Определение силы Лоренца

Сила Лоренца , действующая на заряд q, движущийся в однородном магнитном поле, равна произведению индукции этого поля   на заряд, на скорость его движения  и на синус угла  между направлением магнитного поля и направлением движения заряда.

 – сила Лоренца (Н, Ньютон)

 – вектор магнитной индукции (Тл, Тесла)

 – длина проводника (м, метр)

 – сила тока (А, ампер)

m – масса частицы (кг)

r – радиус описанной окружности (м, метр)

 – скорость (м/с)

Рис.34 Движение частицы в магнитном поле

Электромагнитные колебания — это периодические изменения заряда, силы тока и напряжения, происходящие в электрической цепи.Простейшей системой для наблюдения электро-магнитных колебаний служитколебательный контур. Колебательный контур — (рис.39), это замкнутый контур, образованный последовательно соединёнными конденсатором и катушкой.

Рис.39 Колебательный контур

Зарядим конденсатор, подключим к нему катушку и замкнём цепь. Начнут происходить

свободные электромагнитные колебания — периодические изменения заряда на конденсаторе и тока в катушке. Свободными, напомним, эти колебания называются потому, что они совершаются без какого-либо внешнего воздействия — только за счёт энергии, запасённой в контуре.

Электромагнитные колебания, происходящие в колебательном контуре можно описать с помощью формул:

Формула Томпсона

T – период колебаний (с, секунда)

 – Циклическая частота колебаний (рад/с)

I – сила тока (А, Ампер)

С – Электроемкость (Ф, Фарад)

 L – индуктивность катушки (Гн, Генри)

Рис.40 Резонанс

Гармонические электромагнитные колебания – периодические изменения заряда, силы тока и напряжения, происходящие в электрической цепи по закону синуса или косинуса. Для силы тока:

;

Сила тока в колебательном контуре

T – время (с, секунда)

 – Циклическая частота колебаний (рад/с)

q - электрический заряд (Кл, Кулон)
 – амплитуда колебаний силы тока (А, Ампер)

Переменны й ток -  это вынужденные электромагнитные колебания, вызываемые в электрической цепи источником переменного (чаще всего синусоидального) напряжения

Рис.41 Резистор в цепи переменного тока

Действующее значение силы переменного тока

I – сила тока (А, Ампер)

U – напряжение (В, Вольт)

Действующее значение напряжения переменного тока

Рис.42 Конденсатор в цепи переменного тока

Емкостное сопротивление

Рис.43 Катушка в цепи переменного тока

Величина называется индуктивным сопротивлением катушки. Это и есть то самое со-противление, которое наша катушка оказывает переменному току (при нулевом со-противлении).Индуктивное сопротивление катушки пропорционально её индуктивности и частоте колебаний. Обсудим физический смысл этой зависимости.

1. Чем больше индуктивность катушки, тем большая в ней возникает ЭДС индукции, противодействующая нарастанию тока; тем меньшего амплитудного значения достигнет сила тока. Это и означает, что будет больше.

2. Чем больше частота, тем быстрее меняется ток, тем больше скорость изменения магнитного поля в катушке, и тем большая возникает в ней ЭДС индукции, препятствующая возрастанию тока. При ω→∞ имеем