Основы электродинамики

Электростатика
Взаимодействие Заряженных тел
Электрический заряд
Закон сохранения электрического заряда
Закон Кулона
Электростатическое поле, его основные характеристики и связь между ними
Постоянный ток
Постоянный электрический ток
Сила тока, напряжение, электрическое сопротивление
Закон Ома для участка электрической цепи

Разделы

1

Электростатика — это раздел физики, где изучаются свойства и взаимодействия неподвижных относительно инерциальной системы отсчета электрически заряженных тел или частиц, которые имеют электрический заряд.

Взаимодействие заряженных тел - Самое простое явление, в котором обнаруживается факт существования и взаимодействия электрических зарядов, - это электризация тел при соприкосновении. Возьмем две полоски бумаги и проведем по ним несколько раз пластмассовой ручкой. Если взять ручку и полоску бумаги и начать их сближать, то бумажная полоска начнет изгибаться в сторону ручки, т. е. между ними возникают силы притяжения. Если взять две полоски и начать их сближать, то полоски начнут изгибаться в разные стороны, т. е. между ними возникают силы отталкивания.
Взаимодействие тел, обнаруженное в данном опыте называется электромагнитным. Физическая величина, определяющая электромагнитное взаимодействие, называется электрическим зарядом.

Электрический заряд — это физическая величина, характеризующая свойство тел или частиц входить в электромагнитные взаимодействия и определяющая значения сил и энергий при этих взаимодействиях. В Международной системе единиц единицей измерения электрического заряда является кулон (Кл).


Различают два вида электрических зарядов:
положительные;
отрицательные.


Тело является электрически нейтральным, если суммарный заряд отрицательно заряженных частиц, входящих в состав тела, равен суммарному заряду положительно заряженных частиц

Закон сохранения заряда: в замкнутой, электрически изолиро- ванной, системе полный электрический заряд остается неизмен- ным, какие бы процессы ни происходили внутри системы.
Изолированная система — это система, в которую из внешней среды через ее границы не проникают электрически заряженные частицы либо какие-нибудь тела.
Закон сохранения заряда — это следствие сохранения числа частиц, совершается перераспределение частиц в пространстве.

Проводники — это тела, имеющие электрические заряды, которые могут свободно перемещаться на значительные расстояния.Примеры проводников: металлы в твердом и жидком состояниях, ионизированные газы, растворы электролитов.
Диэлектрики — это тела, имеющие заряды, которые не могут перемещаться от одной части тела к другой, т. е. связанные заряды.Примеры диэлектриков: кварц, янтарь, эбонит, газы в нормальных условиях.
Электризация — это такой процесс, вследствии которого тела приобретают способность принимать участие в электромагнитном взаимодействии, т. е. приобретают электрический заряд.
Электризация тел — это такой процесс перераспределения электрических зарядов, находящихся в телах, в результате которого заряды тел становятся противоположных знаков

Закон Кулона
Заряды, распределенные на телах, размеры которых значительно меньше расстояний между ними, можно называть точечными, т. к. в этом случае ни форма, ни размеры тел существенно не влияют на взаимодействия между ними.
Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Силы электростатического взаимодействия зависят от формы и размеров взаимодействующих тел и характера распределения зарядов на них.
Силы взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению абсолютных значений зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Электрическое поле
Взаимодействие электрических зарядов объясняется тем, что вокруг каждого заряда существует электрическое поле. Электрическое поле заряда – это материальный объект, оно непрерывно в пространстве и способно действовать на другие электрические заряды. Электрическое поле неподвижных зарядов называется электростатическим. Электростатическое поле создается только электрическими зарядами, существует в пространстве, окружающем эти заряды и неразрывно с ними связано.
Электрическое поле заряда – материальный объект, оно непрерывно вы пространстве и способна действовать на другие электрические заряды. Если к электроскопу, не касаясь его оси, поднести на некотором расстоянии заряженную палочку, то стрелка все равно будет откланяться. Это и есть действие электрического поля.

Простейшее электрическое поле

однородное и (б) неоднородное электрическое поле  

Постоянный ток (DC - Direct Current) - электрический ток, не меняющий своей величины и направления с течением времени.
В реальности постоянный ток не может сохранять величину постоянной. Например, на выходе выпрямителей всегда присутствует переменная составляющая пульсаций. При использовании гальванических элементов, батареек или аккумуляторов, величина тока будет уменьшаться по мере расхода энергии, что актуально при больших нагрузках.
Постоянный ток существует условно в тех случаях, где можно пренебречь изменениями его постоянной величины

Сила тока – физическая величина, характеризующая интенсивность движения зарядов в проводнике и равная отношению заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника в единицу времени.

Напряжение – физическая величина, которая характеризует работа поля по перемещению заряда от одной точки до другой и равная отношению работы поля по перемещения заряда к величине этого заряда.
U=A/q, где А – работа, а q – заряд.
Единица измерения – вольт.

Проведем опыт с измерением силы тока и напряжения на участке цепи, мы можем сказать, что сила тока в проводнике пропорциональна напряжению на концах этого проводника.
Но если провести опыт, где взять два рода проводников, то увидим, что напряжение остаётся постоянным, а сила тока изменяется. Значит, сила тока зависит не только от напряжения, не и от свойств проводника. Эту зависимость можно объяснить тем, что разные проводники обладают разным электрическим сопротивлением.
Обозначается буквой R.
За единицу сопротивления приняли 1 Ом.
1 Ом – сопротивление такого проводника, в котором напряжение на концах 1 вольт, а сила тока 1 ампер.
1 Ом = 1 В/1 А
Существуют и другие единицы сопротивления:
1 мОм=0,001 Ом
1 кОм=1000 Ом
1 МОм=1000000 Ом

Формулировка закона Ома для участка цепи – сила тока прямо пропорциональна напряжению, и обратно пропорциональна сопротивлению.
Это простое выражение помогает на практике решать широчайший круг вопросов. Для лучшего запоминания решим задачу.


Формулировка закона Ома для полной цепи - сила тока прямо пропорциональна сумме ЭДС цепи, и обратно пропорциональна сумме сопротивлений источника и цепи , где E – ЭДС, R- сопротивление цепи, r – внутреннее сопротивление источника.