Электростатика.
Электродинамика-раздел физики, в котором изучают электромагнитное взаимодействие между электрически заряженными телами и частицами.
К созданию науки электродинамики привела длинная цепь планомерных исследований и случайных открытий, в чём самое активное участие принимали :
В античной Греции философ Фалес, натирая меховой шкуркой янтарь, кусочек окаменевшей смолы хвойных деревьев, с удивлением наблюдал, как янтарь после этого начинал притягивать к себе перья птиц, пух и сухие листья.
Считается, что первым учёным, аргументировано отстаивавшим точку зрения о существовании двух видов зарядов, был француз Шарль Дюфе (1698–1739). В опубликованной в 1733 г. работе он вводит термины «смоляное» и «стекольное» электричество и указывает на характер взаимодействия между одноимёнными и разноимёнными зарядами.
Самым убедительным оппонентом теории существования двух видов зарядов был знаменитый американец Бенджамuн Франклuн (1706–1790). Он первым ввёл понятие о положительных и отрицательных зарядах.
Куллон Шарль Огюстен (1736 – 1806) французский физик, известный своими работами по электричеству и магнетизму. Наряду с изучением взаимодействия заряженных тел Куллон исследовал взаимодействие полюсов длинных магнитов.
Максвелл Джеймс Клерк (1831 – 1879) – великий английский физик, создатель теории электромагнитного поля. Уравнения Максвелла для электромагнитного поля лежат в основе всей электродинамики, подобно тому как законы Ньютона составляют основу классической механики. Он впервые ввёл в физику представления о статических законах, использующих математическое понятие вероятности.
Фарадей Майкл (1791—1867) — великий английский ученый, творец общего учения об электромагнитных явлениях, в котором все явления рассматриваются с единой точки зрения. Фарадей впервые ввел представление об электрическом и магнитном полях.
Электрический заряд.
Электрический заряд- физическая величина, определяющая силу электромагнитного взаимодействия
Существуют два вида электрических зарядов- положительные и отрицательные.За ряды не существуют без частиц.
Единица измерения- Кулон(Кл)
Обозначение- q, Q
Элементарный элeктрический заряд
Электрический заряд дискретен (квантован)
Q=ne, где n- целое число.
Можно ли продолжать
деление заряда
бесконечно?
Электрический заряд –
физическая величина
Единица
измерения
1 Кл
(Кулон)
Опыты А.Ф. Иоффе и Р.
Милликена доказали суще-ствование самой малой заряжённой частицы.
Эту частицу назвали электрон.
Электрон имеет
наименьший
отрицательный заряд.
Масса электрона равна 9,1*10-31 кг
Заряд электрона равен - 1,9*10-19Кл
Делимость электрического заряда.
Абрам Фёдорович Иоффе
Электрически изолированная система тел- система тел, через границу которой не проникают заряды.
Электрический заряд изолированной системы остается постоянным при любых физических процессах, происходящих в системе.
Положительные и отрицательные заряды в замкнутой системе могут возникать или исчезать, но при этом их алгебраическая сумма всегда остается постоянной.
Закон сохранения электрического заряда
q1 + q2 + q3 + … + qn = const
Электризация- процесс получения электрически заряженных тел из электронейтральных.
Электризация трением:а) участвуют два тела;б) оба заряжаются: одно- положительно, другое- отрицательно.в) заряды обоих тел одинаковы по величине.
Электризация соприкосновением с заряженным телом.
Электризация через влияние( электростатическая индукция).
«Что может быть не понятного для ума, чем история небольшого кусочка янтаря, столь покорно проявляющего силу, которая скрыта во всей природе, которая быть может и есть вся природа…»
Поль Валери
1. Стекло при трении о шелк заряжается: а)положительно б) отрицательно.2. Если наэлектризованное тело отталкивается от эбонитовой палочки, потертой о мех, то оно заряжено: а) положительно; б) отрицательно.3. Три пары легких шариков подвешены па нитях. Какая пара шариков не заряжена? 1; 2; 3.4. Какая пара шариков (см. тот же рисунок) имеет одноименные заряды? 1; 2; 3.5. Какая пара шариков (см. тот же рисунок) имеет разноименные заряды? 1; 2; 3.
Сильные электрические поля используют в медицине. Для повышения устойчивости аэрозолей и лучшего проникновения их в ткани организма с помощью специальных аппаратов частицам аэрозолей придают электрический заряд. Электрический заряд способствует лучшему осаждению частиц на ткани и более глубокому проникновению в них лекарственного вещества .
В текстильной промышленности электризация волокон вызывает их взаимное отталкивание, что мешает работе ткацких станков. Заряженную ткань трудно кроить. Она сильно загрязняется пылью.
А не вредят ли нам, электризованные тела?
Влияние её на организм человека также изучается. В результате исследований было установлено, что электризация не вызывает заметных физиологических сдвигов в организме человека даже при длительном воздействии. Электризация синтетического белья, возникающая во время носки, оказывается даже полезной. Например, известно, что поливинилхлоридное белье помогает при лечении некоторых болезней.
Отрицательные частицы воздуха благоприятно влияют на наш организм: они создают хорошее самочувствие и настроение и являются профилактикой простудных и сердечно сосудистых заболеваний. Воздух в горах, в сосновом лесу или у водопада насыщен отрицательными частицами.
Если человек устал или болен, на нем накапливается положительный заряд и вызывает плохое самочувствие. Коты и кошки помогают снять положительный заряд, т.к. их шерсть заряжена отрицательно.
Закон Кулона
Сила взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, прямо пропорциональна произведению модулей зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Куллон Шарль Огюстен (1736 – 1806) французский физик, известный своими работами по электричеству и магнетизму.
Сила взаимодействия между точечными, а также сферически симметричными заряженными телами определяется законом Кулона:
|
Впервые закон взаимодействия неподвижных зарядов был установлен Шарлем Кулоном в 1785 г. на крутильных весах.
Сила взаимодействия направлена по прямой, соединяющей заряды, а её направление зависит от знаков зарядов: одноимённые заряды- отталкиваются, а разноимённые- притягиваются.
1.Определить расстояние между двумя одинаковыми точечными зарядами по 3 мкКл каждый, находящимися в вакууме, если модуль силы взаимодействия между ними равен 100 мН.
Определить расстояние между двумя одинаковыми точечными зарядами по 3 мкКл каждый, находящимися в вакууме, если модуль силы взаимодействия между ними равен 100 мН.
Во сколько раз электрическое притяжение протона и электрона в атоме водорода больше гравитационного?
+
Частицы взаимодействуют друг с другом силами, имеющими электрическую природу. Гравитационное взаимодействие между частицами пренебрежимо мало.
Дано:
me=9,1·10 -31кг
mр=1,67·10 -27кг
qе=qр=е=1,6·10 -19Кл
3.Во сколько раз уменьшится сила кулоновского отталкивания двух маленьких бусинок с равными зарядами, если, не изменяя расстояния между ними, перенести две трети заряда с первой бусинки на вторую бусинку?
Во сколько раз уменьшится сила кулоновского отталкивания двух маленьких бусинок с равными зарядами, если, не изменяя расстояния между ними, перенести две трети заряда с первой бусинки на вторую бусинку?
4. Два одинаковых металлических шарика, заряд одного из которых первоначально равен -5 мкКл, соприкасаются и затем снова разводятся. Заряд одного из шариков после разведения равен 3 мкКл. Определить в микрокулонах заряд второго шарика до соприкосновения.
Ответ:11мкКл
q1+ q2 = q′1+ q′2 = 2 q′
-5+ q2=2·3
q2= 11мкКл
5.Два одинаковых шарика, имеющих заряды +15·10-8 Кл и –5·10-8 Кл, привели в соприкосновение, а затем раздвинули на расстояние 10 см. Определите силу взаимодействия между шариками.
+
+
9.Два одинаковых маленьких заряженных шарика, подвешенных на нитях равной длины, опускают в керосин. Какова должна быть плотность материала шариков, чтобы угол расхождения нитей в в воздухе и керосине был одинаков?
Два одинаковых маленьких заряженных шарика, подвешенных на нитях равной длины, опускают в керосин. Какова должна быть плотность материала шариков, чтобы угол расхождения нитей в в воздухе и керосине был одинаков?
Величину каждого заряда увеличить в 2 раза?
Как изменится сила Кулона, если:
Расстояние между зарядами уменьшить в 3 раза?
Величину каждого заряда увеличить в 4 раза, а расстояние между ними уменьшить в 2 раза?
Какова диэлектрическая проницаемость среды, если сила взаимодействия зарядов в ней уменьшилась в 4 раза по сравнению с вакуумом?
Закон Кулона
Физический диктант №1
1. Какая физическая величина определяет электромагнитное взаимодействие?
2. Как называется процесс, приводящий к появлению на телах электрических зарядов?
3. Может ли заряд существовать независимо от частицы?
4. В каких единицах измеряют электрический заряд?
5. Создаем ли мы заряды при электризации тел?
6. Способы электризации тел.
7. Если тело электрически нейтрально, то означает ли это, что оно не содержит электрических зарядов?
8. Верно ли утверждение, что в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной?
9.При увеличении расстояния между зарядами в три раза сила их взаимодействия…
10.Величина, характеризующая электрические свойства среды.
Напряженность электрического поля
Электрическим полем называют особый вид материи , данный в ощущениях, существующий независимо от нас и наших знаний о нём..
Поле, создаваемое неподвижными зарядами, называют электростатическим.
Свойства электрического поля: а)порождается электрическими зарядами; б)обнаруживается по действию на заряд; в)действует на заряды с некоторой силой.
Напряженность электрического поля в данной точке численно равна отношению силы, с которой поле действует на электрический заряд, помещенный в эту точку, к величине этого заряда .
Принцип суперпозиции полей
Если в данной точке пространства различные заряженные частицы создают электрические поля, напряженности которых Е1,Е2 ,Е3 и т.д., то результирующая напряженность поля равна геометрической сумме напряжённостей этих полей.
Напряженность электрического поля измеряют с помощью пробного заряда. Как изменится модуль напряженности, если величину пробного заряда увеличить в 2 раза?
А) Не изменится.
Б) Уменьшится в 2 раза.
В) Увеличится в 2 раза.
Г) Уменьшится в √2 раз.
Д) Увеличится в √2 раз.
А) Не изменится.
В случае точечного заряда, линии напряженности исходят из положительного заряда и уходят в бесконечность; и из бесконечности входят в отрицательный заряд.
Однородным называется электростатическое поле, во всех точках которого напряженность одинакова по величине и направлению, т.е. Однородное электростатическое поле изображается параллельными силовыми линиями на равном расстоянии друг от друга
Какое направление имеет вектор напряженности в точке С электростатического поля двух одинаковых точечных электрических зарядов, расположенных относительно точки С так, как это представлено на рисунке.
А. 1
Б. 2
В. 3
Г. 4
С
+
+
1
2
3
4
Какое направление имеет вектор кулоновской силы, действующей на отрицательный точечный заряд, помещенный в точку С?
А. 1
Б. 2
В. 3
Г. 4
А. 1
В. 3
Два точечных заряда + 4q и - q расположены на некотором расстоянии друг от друга. Где на прямой, проходящей через заряды, находится точка, напряженность электростатического поля в которой равна нулю?
А) Слева от заряда +4q
Б) Между зарядами
В) Справа от заряда -q.
Г) Такой точки не существует.
Д) Напряженность электростатического поля всюду равна нулю.
+
В) Справа от заряда -q.
Как изменится по модулю напряженность электрического поля точечного заряда при увеличении расстояния от заряда в 2 раза?
А. Увеличится в 4 раза.
Б. Увеличится в 2 раза.
В. Не изменится.
Г. Уменьшится в 4 раза.
Д. Уменьшится в 2 раза.
Г. Уменьшится в 4 раза
Как изменится по модулю напряженность электрического поля точечного заряда при увеличении расстояния от заряда в 2 раза?
А. Увеличится в 4 раза.
Б. Увеличится в 2 раза.
В. Не изменится.
Г. Уменьшится в 4 раза.
Д. Уменьшится в 2 раза.
Г. Уменьшится в 4 раза
2) r2 =1 см2 << S = 400 см2, надо воспользоваться моделью «бесконечная плоскость» !
Точечный заряд 10-9 Кл находится на расстоянии 1 см от середины равномерно заряженной пластины площадью 400 см2 и зарядом 10-6 Кл. Определите поверхностную плотность электрического заряда пластины и силу взаимодействия точечного заряда с пластиной.
Физический диктант № 2.
1.Какие виды материи вы знаете?
2.Как называется поле неподвижных зарядов?
3.Что является источником электрического поля?
4.Главное свойство любого электрического поля?
5.Какой закон определяет силу взаимодействия зарядов?
6.Как называется величина, характеризующая силовое действие электрического поля. Как её вычислить?
7.Как направлены силовые линии электрического поля?
8.Как изменится напряженность при увеличении электрического заряда?
9.Как изменится напряженность при увеличении расстояния от точки до заряда?
10.Как изменится сила, действующая на заряд, если напряженность электрического поля увеличить в два раза?
Потенциал и разность потенциалов
Потенциал- это энергетическая характеристика поля.
Потенциалом электростатического поля называют отношение потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду.
скаляр
Потенциал поля в произвольной точке определяется как алгебраическая
сумма потенциалов, создаваемых отдельными точечными зарядами.
В однородном поле напряженностью 1 кВ/м переместили заряд -25 нКл в направлении силовой линии на 2 см. Найти работу поля, изменение потенциальной энергии взаимодействия заряда и поля и напряжение между начальной и конечной точками перемещения.
-
В однородном поле напряженностью 60 кВ/м переместили заряд 5 нКл на 20 см под углом 600 к силовым линиям. Найти работу поля, изменение потенциальной энергии взаимодействия заряда и поля и напряжение между начальной и конечной точками перемещения.
+
В однородном поле напряженностью 60 кВ/м переместили заряд 5 нКл на 20 см под углом 600 к силовым линиям. Найти работу поля, изменение потенциальной энергии взаимодействия заряда и поля и напряжение между начальной и конечной точками перемещения.
_
Физический диктант №3.
1.Чему равна работа сил электростатического поля на замкнутой траектории.
2. От каких величин зависит работа сил электрического поля?
3. Энергетическая характеристика электрического поля.
4.Чему равна работа сил электрического поля при перемещении заряда перпендикулярно силовым линиям поля?
5. Как связана работа с потенциалами начальной и конечной точек траектории?
6. Как называют поверхности равного потенциала?
7. Как называют разность потенциалов между двумя точками поля?
8. Как направлен вектор напряженности эл.поля относительно эквипотенциальной поверхности?
9. Как связаны напряжение и напряженность электростатического поля?
10. Чему равен потенциал поля точечного заряда (формула)?
Вещество в электрическом полеПо электрическим свойствам вещества делят
Проводники-вещества, в которых свободные заряды перемещаются по всему объёму.
Свободные заряды- заряженные частицы одного знака, способные перемещаться под действием электрического поля.
Диэлектрики-вещества, содержащие только связанные заряды.
Связанные заряды- разноимённые заряды, входящие в состав атомов и молекул, которые не могут перемещаться под действием поля независимо друг от друга.
Проводники в электрическом поле.
Электростатическая индукция-перераспределение зарядов на поверхности проводника, помещенного в электростатическое поле.
Напряженность поля внутри проводника равна нулю (электростатическая защита).
Линии напряженности перпендикулярны поверхности проводника.
Поверхность металла-эквипотенциальная поверхность.
В проводнике, помещенном в электрическое поле, происходит разделение положительных и отрицательных зарядов. Свободные заряды перераспределяются внутри проводника таким образом, что суммарное электрическое поле внутри него становится равным нулю (это явление называется электростатической индукцией).
Практический интерес представляют системы из двух проводников, разделенных диэлектриком. Это конденсаторы, способные накапливать электрический заряд и соответственно энергию электростатического поля.
Плоский конденсатор школьный
Энергия электрического поля внутри конденсатора равняется
Электроемкость-это физическая величина, характеризующая способность конденсатора к накоплению электрического заряда.
где q – заряд положительной обкладки,
U – напряжение между обкладками.
Если увеличить площадь пластин S, уменьшить расстояние между ними d или ввести между ними диэлектрик (с большей диэлектрической проницаемостью вещества ε), то электроёмкость конденсатора увеличится.
Электроемкость конденсатора не зависит от заряда обкладок.
В СИ электроемкость измеряется в фарадах.
© ООО «Знанио»
С вами с 2009 года.