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

41479. Уголовно-процессуальное право Республики Казахстан 601.01 KB
  Целью фундаментальной юридической дисциплины «Уголовное процессуальное право Республики Казахстан» является усвоение студентами сложной и многогранной деятельности государственных органов и должностных лиц по возбуждению, предварительному расследованию и судебному рассмотрению уголовных дел.
41480. ПСИХОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА 948 KB
  Учебно-методическое пособие по дисциплине «Психология человека» является составной частью учебно-методических материалов по данной учебной дисциплине (УМК «Психологии человека. Часть I».) и составлено в соответствии с требованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 050100 «Педагогическое образование».
41481. Входная информация формирования объема предложений по организации грузовых автомобильных перевозок 281 KB
  Оборотные средства включают в свой состав, как производственные запасы, так и денежные ресурсы, находящиеся в обращении. Стоимость оборотных средств определяем
41482. Методика формирования природоохранных знаний в процессе изучения общей биологии 114.5 KB
  В курсе общей биологии при изучении вопросов охраны природы целесообразно разграничивать проблемы охраны сообществ и видов. Так в курсе общей биологии IX класса более полно раскрыть понятие об охране природы можно на примере рационального использования популяций и сохранения видового многообразия биосферы. При изучении темы Эволюционное учение следует так спланировать уроки чтобы выделить в самостоятельные разделы вопросы об антропогенных факторах популяционновидовых систем и природоохранительных факторах. Линнея Понятие вид...
41483. Формирование экологических идей, как направление природоохранного воспитания школьников. Идея целостности природы в биосфере и взаимосвязи всех ее компонентов 776.5 KB
  раз Земля обернула вокруг Солнца с момента возникновения общего предка бактерий растений животных человека. Начинают эстафету жизни зелёные растения затем её подхватывают животные а к финишу доносят грибы и бактерии где снова эстафета оказывается у растений. Посадка растений. Уничтожение некоторых видов растений.
41484. Идея многообразия видов в природе и необходимости их охраны 200 KB
  Идея многообразия видов в природе и необходимости их охраны. Харакретеристика видового богатства природы Беларуси и необходимость охраны. Харакретеристика видового богатства природы Беларуси и необходимость охраны. Рождественский Совокупность всех видов флоры и фауны Беларуси представляет ее биологическое разнообразие что является необходимым условием устойчивости биосферы.
41485. Методика формирования природоохранных знаний в процессе изучения биологии 142.5 KB
  План Формы отрганизации экологического образования и воспитания в процессе изучения биологии. Система экологического образования и воспитания в области охраны окружающей среды сущность принципы цель задачи формы и методы Экологическое поле образовательного процесса. Концепция экологического воспитания в области охраны окружающей среды Литература Суравегина И. ФОРМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ И ВОСПИТАНИЯ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ БИОЛОГИИ Внутри предметные и межпредметные связи в содержании курса биологии...
41486. Класс рыбы 187.5 KB
  Работа учителя по формированию природоохранных знаний при изучении рыб птиц млекопитающих. В курсе биологии в частности зоологии понятие об использовании биологических ресурсов раскрывается через понятие промысел промысловые птицы пушной промысел промысел морского зверя география и техника рыбного промысла и т. Используя такого рода факты при изучении классов рыб птиц и млекопитающих у школьников следует формировать понимание того что в условиях нашей формы хозяйства происходит постепенный процесс перехода от промысла...
41487. Методика формирования природоохранных знаний в процессе изучения зоологии 122.5 KB
  Деятельность учителя по углублению ряда ключевых понятий При изучении зоологии продолжается формированию представлений и начальных понятий о целостности природы которая отражается во взаимосвязанности природных процессов_ Это прежде всего предполагает расширение роли экологического материала формирование понятий о среде обитания и ее факторах приспособленности видов к среде обитания природных сообществах биоценозах. В курсе зоологии много возможностей конкретизировать представление о природных сообществах такими по нятиями...