73702

Эквипотенциальные поверхности

Лекция

Физика

Нельзя ли нарисовать поле с точки зрения скаляра. Поле точечного заряда. Электрическим диполем называется пара точечных зарядов разного знака одинаковых по модулю жестко закрепленных на одинаковом расстоянии друг от друга. Рассчитаем поле диполя.

Русский

2014-12-19

353 KB

2 чел.

Эквипотенциальные поверхности.

.

Мы умеем рисовать силовые линии поля. Нельзя ли нарисовать поле с точки зрения скаляра.

Возьмем единичный положительный заряд и переместим его из точки  на бесконечно малый отрезок так, чтобы работа поля при этом была равна нулю.

То есть, мы должны шагнуть в направлении, перпендикулярном силовой линии поля в этой точке.

Это условие удовлетворяет не только отрезку, но и плоскости. Таким образом, мы можем выделить в окрестности точки некоторую плоскость , перпендикулярном вектору .

Оказывается, что точка  лежит на некоторой поверхности произвольного вида. При любых перемещениях по ней работа сил поля равна нулю. Такая поверхность называется эквипотенциально. В каждой точке эта поверхность перпендикулярна силовой линии.

Пример. Поле точечного заряда.

Концентрические сферы.

Электрический диполь.

Электрическим диполем называется пара точечных зарядов разного знака, одинаковых по модулю, жестко закрепленных на одинаковом расстоянии друг от друга. Суммарный заряд диполя равен нулю.

Для характеристики диполя вводят понятие дипольного момента (). Проведем вектор из отрицательного заряда в положительный. Тогда дипольным моментом называется вектор . .

Рассчитаем поле диполя.

Наша задача найти поле в точке .

Это можно сделать двумя способами:

  1.  из принципа суперпозиции;
  2.  используя свойство аддитивности работы.

Если есть два поля и тело перемещать , то можно найти работу сил первого поля и работу сил второго поля по перемещению этого тела.

Потенциал точки  относительно бесконечности – это работа сил поля при перемещении единичного положительного заряда из точки  в бесконечность по любой траектории.

    

Представим, что . Запишем потенциал в точке  для данного приближения. Тогда , а дуга окружности переходит в перпендикуляр, поэтому .

.

Потенциал поля точечного заряда на больших расстояниях убывает пропорционально первой степени расстояния, а потенциал поля диполя – пропорционально второй степени.

.

- единичный вектор в направлении точки из диполя.

.

Поле диполя убывает пропорционально третьей степени расстояния.

Пример 1.

.

Пример 2.

Электростатика диэлектриков.

Диэлектрики (изоляторы) – это конденсированные среды, в которых отсутствуют свободные (свободноперемещающиеся по объему) заряды.

На самом деле в диэлектрике есть заряды, и они перемещаются, но их движение ограничено (например, в пределах одного ангстрема).

Пусть у нас есть диэлектрик (в нем много зарядов). Образуем внутри него полость порядка нескольких десятков атомных объемов. Поместим весь этот образец во внешнее электрическое поле. Наша задача: узнать какое поле будет внутри полости. В общем случае – сложное. По принципу суперпозиции это будет сумма внешнего поля и всех полей, которые создаются зарядами, находящимися внутри диэлектрика. Усредним поле  в каждой точке выбранной полости. То есть в каждую точку будем помещать единичный положительный заряд и измерять силу, которая на него действует.

.

Вот так полученный вектор , будем называть напряженностью электрического поля диэлектрика.

Представим, что диэлектрик состоит из диполей. Причем они совершенно неупорядочены.

Теперь поместим диэлектрик во внешнее электрическое поле.

Диполи примут упорядоченное положение.

Выделим объемчик внутри образца. Его заряд равен нулю. Таким образом, образовалась поверхность с зарядами на гранях.

Повороты диполей могут быть небольшими, необязательно, что они выстроятся по прямой, но все равно поле внутри диэлектрика будет равно нулю. Поле диэлектрика может быть найдено, как суперпозиция двух полей.

(поверхностная плотность заряда на стенках образца, поляризационные заряды). Пусть площадь стенок равна .

Тогда дипольный момент всего образца по определению равен

.  - объем образца.

- вектор поляризации данного образца.

Вектор поляризации – дипольный момент единицы объема диэлектрика (поляризованного тела).

Замечания:

  1.  внешнее поле однородно;
  2.  стенки образца, перпендикулярны приложенному полю.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

13809. Анализ бязевого двуспального набивного комплекта постельного белья «Куба» торговой марки «Хлопковый Рай» с точки зрения потребителя и производителя 2.24 MB
  Эссэ по микроэкономике на тему: Анализ бязевого двуспального набивного комплекта постельного белья Куба торговой марки Хлопковый Рай с точки зрения потребителя и производителя. Оглавление Продукт:3 О компании.3 О товаре.4 Потребители.7 Производство.8 Р
13810. Анализ товара Печенье Юбилейное с шоколадной глазурью 232.82 KB
  Эссе по предмету Микроэкономика на тему Анализ товара Печенье Юбилейное с шоколадной глазурью Оглавление Введение Краткая справка о компании Характеристики товара Субституты и комплементы Целевая группа потребитель8 Производственный процесс9 За...
13811. Анализ товара: Red Bull Energy Drink 250 ml 72.51 KB
  Эссе по предмету Микроэкономикана тему:Анализ товара: Red Bull Energy Drink 250 ml Оглавление Введение Анализ выбора потребителя Товар Описание товара Свойства товара Недостатки и противопоказания Потребитель Субституты и комплементы Су
13812. Анализ выбранного товара - книга «Интервью с вампиром» Энн Райс В твердом переплете, издательство «Эксмо», «Домино», 2007 г 1.95 MB
  Эссе по предмету Микроэкономика на тему: Анализ выбранного товара книга Интервью с вампиром Энн Райс В твердом переплете издательство Эксмо Домино 2007 г. Оглавление ВВЕДЕНИЕ ОПИСАНИЕ ТОВАРА ПОТРЕБИТЕЛЬ КОМПЛЕМЕНТЫ И СУБСТИТУТЫ Субституты ...
13813. Анализ услуг авиакомпании «S7 Airlines»: Авиаперевозки 232 KB
  Эссе по предмету Микроэкономика на тему: Анализ услуг авиакомпании S7 Airlines: Авиаперевозки. Содержание [1] Производитель. [1.1] История создания и развития компании S7 Airlines. [1.2] Авиакомпания S7 Airlines к началу 2011 года. [1.3] Ф
13814. Анализ планшетного компьютера Ipad 91.21 KB
  Анализ планшетного компьютера Ipad эссе Содержание. Технические характеристики Субституты для IPad Комплименты для Ipad Одежда или Ipad Издержки производства Техническая характеристика. В современном мире люди уже давно не представляют свою жизнь без
13815. Mercedes-Benz S500 L и его положение на рынке 579.5 KB
  Эссе по дисциплине микроэкономика на тему: MercedesBenz S500 L и его положение на рынке Содержание Введение 2 История Марки MercedesBenz 3 История появления MercedesBenz в России 4 MercedesBenz S500 Long: анализ товара 5 Технические характеристики MercedesBenz S500 Long 9 Товарыкомплементы ...
13816. Маркетинговое исследование лифтов кампании ОТИС в России 33.43 KB
  Эссе по микроэкономике: Маркетинговое исследование лифтов кампании ОТИС в России. Оглавление Введение3 История лифтов.3 Определение продукта3 Классификация лифтов по назначению:4 История ОТИС5 ОТИС в России.5 Субституты7 Комплименты8 Особенности
13817. Анализ зеркальной цифровой фотокамеры Canon EOS 500D с точки зрения потребителя и производителя 97.38 KB
  Эссе по микроэкономике на тему: Анализ зеркальной цифровой фотокамеры Canon EOS 500D с точки зрения потребителя и производителя Оглавление. Введение. Анализ товара с точки зрения потребителя Товар a Описание товара Важные для потребителя свойства...