Тема: Электрическое поле

Тема 1.2:Электрическое поле Электростатика   ­   раздел   электродинамики,   изучающий   взаимодействие   и электрические поля покоящихся электрических зарядов. Электродинамика   ­   классическая,   теория   электромагнитных   процессов   в различных средах и в вакууме. Охватывает огромную совокупность явлений, в которых   основную   роль   играют   взаимодействия   между   заряженными частицами, осуществляемые посредством электромагнитного поля. Известно,   что   если   натереть   стеклянную   палочку   кожей   (+),   то   она притягивает   кусочки   бумаги.   Тело,   которое   после   натирания   приобретает свойство притягивать к себе другие тела наэлектризовано, т.к. ему сообщен электрический   заряд.   Процесс   сообщения   телу   электрического   заряда называется  электризацией. Электрические   заряды,   возникающие   при   электризации   трением,   иногда (ку)   ­   электрический   заряд   (кулон).  q  называют статическим электричеством. Оно безопасно, когда снимаете свитер –   искры.   И   опасно,   если   переливаете   бензин   из   цистерны   (взрыв).   При электризации заряд получают оба тела. Тела, имеющие заряды одного рода, отталкиваются   друг   от   друга,   а   тела,   имеющие   заряды   разного   рода, притягиваются друг к другу. Таким образом, в природе существуют два рода электрических зарядов ( Закон сохранения электрического заряда: при любых взаимодействиях тел их  и ). полный электрический заряд остается неизменным. q1 + q2 + q3 +…+ qn = const Вещества состоят из молекул. Например, Н2О. Молекулы состоят из атомов. А атомы из ядра (протонов и нейтронов) и электронов, вращающихся вокруг ядра   атома.  Ядро  всегда   заряжено   положительно (протоны   и  нейтроны),  а электроны ­  отрицательно. Атомы электрически нейтральны, т.е. количество электронов равно количеству протонов. Атомы под действием тепла, света могут потерять или приобрести один или несколько электронов, тогда такой атом   называют   ионом   (положительно   или   отрицательно   заряженный   ион). Материалы, которые легко теряют свои электроны, называют проводниками. Атомы всех металлов имеют много свободных электронов и поэтому хорошо проводят   эл.   ток.   Тела,   неспособные   проводить   эл.   заряды   называют диэлектриками. (Диэлектрики­изоляторы тоже проводят электричество, но заряд проходящий намного меньше того заряда, который в тех же условиях проходит через проводник, поэтому утечка заряда незаметна). Заземление – передача   заряда   Земле.   Земной   шар   велик   по   сравнению   с   телами, находящимися на нем, поэтому при соприкосновении с Землей заряженное тело отдает почти весь свой заряд и становится нейтральным. Электрический заряд нельзя уменьшить бесконечно: он имеет предел делимости. Абсолютную величину   наименьшего   заряда   называют  элементарным   зарядом.   (е =1,6×10­19 Кл). Сила(F),   действующая   между   двумя   электрическими   зарядами  Q1  и  Q2, помещенными   на   расстоянии   (d)   друг   от   друга,   пропорциональна произведению   величин   этих   зарядов   и   обратно   пропорциональна   квадрату расстояния между ними. Определяется уравнением:        где     F ­ сила взаимодействия зарядов,N(Ньютон); Q­электрический заряд, Кл(Кулон); d ­ расстояние, м (метры). Электрический   заряд   создает   вокруг   себя  электрическое   поле. Электрическое поле это особый вид материи, отличающийся от вещества и существующий вокруг любых заряженных тел.  Основные свойства электрического поля.  Электрическое   поле   заряженного   тела   действует   с   некоторой   силой   на всякое другое заряженное тело, оказавшееся в этом поле.  Вблизи заряженных тел создаваемое ими поле сильнее, а вдали слабее. Графически   эл.   поле   изображают   в виде   электрических   силовых   линий, они расходятся в разные стороны от положительно заряженных тел и сходятся у тел, обладающих отрицательным зарядом.   Поле,   созданное   двумя   плоскими   разноименными   заряженными параллельными пластинами, называется  однородным.  Механическая сила, с которой поле действует на единичный заряд, помещенный в данной точке, называется  напряженностью электрического поля  Е (вольт/метр).   Е = F q  =  U l  . Так как одноименные заряды отталкиваются, то электрический заряд   сосредотачивается   на   внешней   поверхности   проводника.   На   телах правильной   формы   (шар,   длинные   проводники   круглого   сечения) электрический   заряд   распределяется   равномерно.   На   проводниках неправильной   –   неравномерно.   Большая   часть   заряда   на   острие   образует сильное   эл.   поле.   под   влиянием   этого   воздух   или   диэлектрик   будет ионизированным или проводящим. Заряд начинает стекать с острия. Поэтому в электротехнике больших напряжений избегают острых углов, концов и т.д. Электрическое   поле   обладает   определенным   запасом   энергии,   т.е. способностью   совершать   работу.   Энергия   в   каждой   точке   эл.   поля характеризуется   электрическим   потенциалом.   Потенциалом   точки   поля называется работа, которую совершает электрическое поле для перемещения единицы положительного заряда из этой точки за пределы поля.  =  φ     = Вольт (В) A Q ; джоуль кулон ,[дж] [Кл] Различные   точки   эл.   поля   обладают   разными   потенциалами. Разность   потенциалов   двух   точек   электрического   поля называют   напряжением.   Напряжение   обозначают   буквой  U, измеряют в вольтах (В) φ1−φ2=U=  А Q , (В) Если взять два проводника с разными потенциалами и соединить их концы тонкой проволокой, то под действием сил электрического поля в проводнике будут   перемещаться   электроны   от   к→ ,   т.е.   в   проводнике   потечет электрический ток. Он будет течь до тех пор, пока разность потенциалов не будет равна нулю. Сообщение   электрического   заряда   проводнику   называется   электризацией. Чем   больший   заряд   принял   проводник,  тем   больше   его   электризация,   тем выше его потенциал. Свойство тел накапливать и удерживать электрические заряды, называется электрической емкостью и определяется формулой: φ  , Ф (Фарад) C ¿ Q Q U , Ф C =   Электрическая емкость измеряется в Ф, мкФ, пФ; 1Ф = 106  мкФ = 1012пФ Устройство,   предназначаемое   для   накопления   эл.   зарядов,   называется конденсатором.   Он   состоит   из   двух   металлических пластин   (обкладок),   разделенных   слоем   диэлектрика. Разноименные   заряды,   скопившиеся   на   обкладках конденсатора   связаны   между   собой   электрическим полем. Близко расположенные пластины конденсатора, влияя одна на другую, позволяют   получить   на   обкладках   большой   электрический   заряд   при относительно небольшой разности потенциалов между обкладками. Емкость конденсатора есть отношение заряда конденсатора к разности потенциалов между   его   обкладками.   Емкость   плоского   конденсатора   определяют   по формуле:  С =   Ε Ε0 S d , Ф, где  S – площадь пластины, м2 d –толщина диэлектрика, м  ­ Ε относительная диэлектрическая проницаемость Ε0   =  1 4π×9×109 Ф м , диэлектрическая проницаемость пустоты. ;          обозначение конденсаторов Соединение конденсаторов:   а) параллельное С±  = С1 + С2 + С3; напряжение на обкладках каждого конденсатора: U1=U2=U3=U кол­во электричества (заряд) каждого конденсатора: q1=C1U;  q2=C2U; q3=C3U общий заряд батареи конденсаторов: q=q1+q2+q3 b) последовательное 1/С±  = 1/С1 + 1/С2 + 1/С3; приложенное напряжение,     ко   всей   батарее конденсаторов:U1+U2+U3=U заряд на обкладках каждого конденсатора: q=q1=q2=q3 Q×U 2  =  C×U2 2 W =  ;  (Дж) – энергия заряженного конденсатора. Задачи:  чтобы переместить из точки А с потенциалом  φ1=20В в точку В с потенциалом φ2=15В 10 Кул электричества поле должно совершить работу.  А = q (φ1 ­ φ2) (дж)  А=10(20­15) =50 дж Тезисное повторение темы 1.2 1. Назовите виды эл. зарядов, их взаимодействие. 2. Начертите атом, положительный и отрицательный ионы. 3. Напишите формулу закона Кулона. 4. Определить работу, затраченную электрическим полем для  перемещения единицы заряда.   5. По какой формуле определяют напряжение? 6. По какой формуле определяют электрическую емкость?  7. Как называется устройство, предназначенное для накопления эл.  зарядов? 8. По какой формуле определяют емкость конденсатора? 9. ЗАДАЧА Определить расстояние между зарядами, если сила притяжения F = 10 N,Q1 = 1К,  Q2 = 100К. Оценка за ответы: «5» ­ 8­9; «4» ­ 6­7; «3» ­4­5.