5878

Электростатика. Сила электрического взаимодействия

Контрольная

Энергетика

Электростатика. Сила электрического взаимодействия. Сила электрического взаимодействия действует на расстоянии. Постулаты (факты, которые нельзя доказать). Существует некое количество, называемое зарядом, которое определяет взаимодействие тел...

Русский

2012-12-23

91.5 KB

3 чел.

Электростатика. Сила электрического взаимодействия.

Сила электрического взаимодействия действует на расстоянии.

Постулаты (факты, которые нельзя доказать).

  1.  Существует некое количество, называемое зарядом, которое определяет взаимодействие тел на расстоянии. Заряды бывают двух типов: условно обозначаемые “+” и “-”. Одинаково заряженные тела отталкиваются, разноимённо заряженные притягиваются.
  2.  Количество электрических зарядов во вселенной не меняются во времени (закон сохранения заряда).
  3.  Пусть a – характерный размер заряженных тел, r – расстояние между ними. В случае, если , сила взаимодействия между телами определяется по формуле:

,

где  - величина зарядов,  - коэффициент пропорциональности, зависящий от системы единиц.

  1.  Если имеется  заряженных тел, удовлетворяющих третьему постулату, то сила, действующая на  тело, равна векторной сумме всех сил, действующих со стороны каждого  заряда.

.

Постулаты электростатики.

  1.  Найдется такая система отсчета, в которой все заряды неподвижны.
  2.  Заряд во всех системах отсчета сохраняется.
  3.  Закон Кулона:

.

Гауссова система: .

СГС:  - величина заряда СГСЕ.


СИ: , .

4. Принцип суперпозиции полей.

Электростатика – наука о неподвижных зарядах.

Понятие электрического поля. Напряженность.

Предположим, что в пространстве имеет место быть  зарядов, удовлетворяющих постулату два ( - велико, заряды – малы). Исследуем, как это тело действует на другие заряды.

Для этого надо взять еще один маленький точечный заряд (удовлетворяющий постулату 2). Для простоты положим, что  (пробный заряд) в той системе отсчета, в которой мы работаем. Будем помещать этот заряд в разные точки пространства, и измерять силу, действующую на заряд (обозначим ее буквой ). Получим некоторую векторную функцию, зависящую от векторного аргумента. Получим векторное поле. Если все заряды неподвижны, то поле – электростатическое. Величина  называется напряженностью электростатического поля.

Частный случай для точечного заряда: .

Из принципа суперпозиции для сил следует принцип суперпозиции полей. Пусть имеются  зарядов,  – их  поля. .

Силовые линии электрического поля.

Пусть у нас имеется некоторое заряженное тело. Выберем точку, поместим туда пробный заряд и нарисуем вектор напряженности. Далее выберем другую точку в направлении этого вектора и опять нарисуем вектор напряженности. И так далее.

Таким образом, мы построим некоторую ломаную, в пределе представляющую из себя гладкую кривую. Касательная к этой кривой в каждой точке будет совпадать с направлением вектора напряженности электрического поля. Построенные таким образом кривые называются силовыми линиями.

Теорема Гаусса для электрических полей.

Рассмотрим некоторую поверхность , в которой имеется электрическое поле. Выберем на поверхности  малую площадку , настолько малую, что ее можно считать частью плоскости. Построим нормаль к этой площадке.

.

Пусть  настолько мало, что вектор электрического поля на  постоянен. Введем величину .

.

Величина  называется потоком вектора  через площадку . Если мы разобьем все поверхность  на площадки  и их просуммируем, то получим поток вектора  через поверхность .

.

Теорема Гаусса: поток вектора  через замкнутую поверхность  равен

,

где  – полный заряд, содержащийся внутри поверхности .

Доказательство.

  1.  Точечный заряд и поверхность в виде сферы с центром в точечном заряде.

Поскольку модуль вектора напряженности поля точечного заряды определяется , то модуль вектора напряженности во всех точках сферы постоянен. Из закона Кулона следует, что вектор напряженности направлен по радиусу.

.

  1.  Точечный заряд и произвольная поверхность, окружающая точечный заряд.

Выберем площадку  на поверхности. Она должна быть настолько мала. Чтобы можно было ее считать плоскостью и вектор напряженности электрического поля на ней считать постоянным.

,

где  – конус, под которым  из точки  можно увидеть выбранную площадку.

  1.  Заряженное тело внутри произвольной поверхности.

Разобьем заряженное тело на множество кусочков, удовлетворяющих второму постулату. Введем функцию плотности заряда . По доказанному выше следует, что для каждого точечного заряда теорема Гаусса выполняется.

где .

.

Замечания.

  1.  Теорема Гаусса выглядит так замечательно потому, что поле обратнопропорционально .
  2.  для гравитационного поля тоже можно записать теорему Гаусса.

Пример1. Поле заряженной сферы.

– радиус сферы,  – заряд, равномерно распределенный по поверхности сферы .

  1.  

Выберем точку, находящуюся на расстоянии от центра сферы. Окружим сферу воображаемой поверхностью, проходящей через эту точку, и для нее запишем теорему Гаусса. Поле выбранной поверхности симметрично, так как симметрично поле источника.

Большая сфера создает такое же поле, как и точечный заряд.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

30660. Сны героев. Их художественная функция в произведениях отечественной литературы 12.95 KB
  Так сон Татьяны в Евгении Онегине заключает в себе идею о близости героини к народу. Татьяна исключительно романтическая натура что и доказывает её сон. Во многом сон носит символический характер таким образом автор переплетает народные представления о сне образ ручья медведя леса и т. Иной характер носит сон Обломова Гончаров Обломов в котором герой видит свою родную деревню и свое детство.
30661. Русский характер в очерке Н. Лескова “Леди Макбет Мценского уезда” 14.73 KB
  Леди Макбет Мценского уезда история трагической любви и преступлений Катерины Измайловой. В картинах любви гармонию нарушает вдруг вторгшийся разлад: возлюбленный то думает о деньгах. Героиня обезумела от любви и готова сделать все что угодно чтобы только Сергей был доволен. Признаваясь что не любил Катерины Львовны никогда Сергей пытается отнять то единственное что составляло жизнь Измайловой прошлое ее любви.
30662. Русский характер в очерке Н. Лескова Леди Макбет Мценского уезда 15.62 KB
  Леди Макбет Мценского уезда история трагической любви и преступлений Катерины Измайловой. Да и чувство Катерины Львовны не может быть свободным от инстинктоз собственнического мира и не попадать под действие его законов. И вместе с тем слепая страсть Катерины неизмеримо больше значительнее чем корысть Сергея. Признаваясь что не любил Катерины Львовны никогда Сергей пытается отнять то единственное что составляло жизнь Измайловой прошлое ее любви.
30663. Сатира М.Е. Салтыкова-Щедрина. Художественная функция «эзопова языка» в произведениях писателя 15.47 KB
  Салтыкова-Щедрина по праву считается История одного города которую он начал писать в 1868 году а закончил в 1870 году. Жанр Истории одного города определить довольно трудно: автор написал его в форме летописи но изображённые здесь события кажутся абсолютно нереальными образы фантастичными а происходящее походит на какой то кошмарный бредовый сон.Главный герой Истории одного города народ обобщенный образ которого раскрывается из главы в главу все шире. Но и сами носители верховной власти города Глупова играют очень важную роль в...
30664. Своеобразие сатиры В.В. Маяковского в стихотворениях «О дряни», «Прозаседавшиеся» 13.67 KB
  Маяковского в стихотворениях О дряни Прозаседавшиеся В дореволюционный период творчества поэта основной целью его сатиры было беспощадно обличение существующего строя.Первая группа сатирических произведений поэта разоблачает и высмеивает мещанство О дряни Еще раз о дряни Ханжа Маруся отравилась и др.В сатирическом фельетоне а именно так исследователи определили жанр этого произведения О дряни Маяковский обличает мещанство.
30665. Своеобразие стиля Чехова-прозаика (на примере рассказов «Человек в футляре», «Крыжовник», «О любви») 14.02 KB
  Чехов стремится в своих рассказах проследить динамику человеческой души в разных ее проявлениях и во всей ее глубине. Но ведь обыденность и творит личность и Чехов стремится обратить внимание читателя на отдельные дни и часы маленького обывательского существования осмыслить их и помочь человеку жить осознанно. А в рассказе О любви устами главного героя Чехов скажет: Я понял что когда любишь то в своих рассуждениях об этой любви нужно исходить от высшего от более важного чем счастье или несчастье грех или добродетель или не...
30666. В чем смысл финала рассказа А.П.Чехова «Ионыч» 13.61 KB
  Чехов обращается к проблеме духовной деградации человека. К 3536 годам он уже превращается в Ионыча ожирел потерял совесть и стал похож не на человека а на языческого божка. В конце рассказа мы уже не видим прежнего молодого человека который мог бы прийти ночью на свидание на кладбище. Он променял живые мысли на сытое самодовольное существование он не смог сберечь в себе человека.
30667. СПОСОБЫ ВЫРАЖЕНИЯ АВТОРСКОЙ ПОЗИЦИИ 20.95 KB
  Заглавие вводит читателя в мир произведения выражает основную тему текста определяет его важнейшую сюжетную линию или указывает на его главный конфликт. Б Заглавие может называть главного героя произведения Евгений Онегин Обломов Анна Каренина Иванов В Заглавие текста может указывать на время и место действия Полтава А. Таким образом заглавие художественного произведения вопервых соотносит сам текст с его художественным миром: главными героями временем действия: Гусев А. Чехова Ионыч...
30668. Стихотворение Б.Л. Пастернака «Никого не будет в доме...». (Восприятие, истолкование, оценка) 12.34 KB
  В стихотворении Никого не будет в доме мы видим причудливое взаимодействие высокого и привычного обычной человеческой жизни и тайн природы. В стихотворении мы видим описание пограничного явления сумерек. Сквозной проем сквозь который мы видим ускользающий зимний день крыши и снег выглядит как проем в другой мир в который мы подсматриваем. Мы не видим кто идет но понимаем что это человек очень дорогой лирическому герою.