Kierunek wektora natężenia pola elektrycznego jest zgodny. Siła pola elektrycznego. Zasada superpozycji pól - Hipermarket Wiedzy

1 .Dwa rodzaje ładunków elektrycznych i ich właściwości. Najmniejszy niepodzielny ładunek elektryczny. Prawo zachowania ładunków elektrycznych. Prawo Coulomba. Jednostka opłaty. pole elektrostatyczne. Metoda wykrywania pola. Napięcie jako cecha pola elektrostatycznego. Wektor napięcia, jego kierunek. Natężenie pola elektrycznego ładunku punktowego. Jednostki napinające. Zasada superpozycji pól.

Ładunek elektryczny - ilość jest niezmienna, tj. nie zależy od układu odniesienia, a zatem nie zależy od tego, czy ładunek jest w ruchu, czy w spoczynku.

dwa rodzaje (rodzaje) ładunków elektrycznych : ładunki dodatnie i ładunki ujemne.

Ustalono eksperymentalnie, że ładunki o tej samej nazwie odpychają, a przeciwne przyciągają.

Ciało elektrycznie obojętne musi mieć równą liczbę ładunków dodatnich i ujemnych, ale ich rozkład w całej objętości ciała musi być równomierny.

Prawo zachowania poczty elektronicznej. opłata : suma algebraiczna elektr. opłaty dowolnego systemu zamkniętego (system, który nie wymienia opłat z podmiotami zewnętrznymi) pozostają niezmienione, bez względu na to, jakie procesy zachodzą wewnątrz tego systemu.

Elek. ładunki nie powstają spontanicznie i nie powstają, można je jedynie rozdzielać i przenosić z jednego ciała do drugiego.

Istnieć najmniejszy ładunek nazywano ładunkiem elementarnym - jest to ładunek elektronu, a ładunek na ciele jest wielokrotnością tego ładunku elementarnego: e \u003d 1,6 * 10 -19 Cl. Ujemny ładunek elementarny jest związany z elektronem, a dodatni ładunek elementarny jest związany z pozytonem, w którym ładunek i masa pokrywają się ilościowo z ładunkiem i masą elektronu. Jednak ze względu na to, że czas życia pozytonów jest krótki, nie ma ich na ciałach, a zatem dodatni lub ujemny ładunek ciał tłumaczy się brakiem lub nadmiarem elektronów na ciałach.

Prawo Coulomba: siły oddziaływania dwóch ładunków punktowych w jednorodnym i izotropowym ośrodku są wprost proporcjonalne do iloczynu tych ładunków i odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości między nimi, równej sobie i skierowanej wzdłuż linii prostej przechodzącej przez te ładunki. r to odległość między ładunkami q 1 i q 2, k to współczynnik proporcjonalności, zależny od wyboru układu jednostek fizycznych.

m / F, a \u003d 8,85 * 10 -12 F / m - stała dielektryczna

Ładunek punktowy należy rozumieć jako ładunki skoncentrowane na ciałach, których wymiary liniowe są małe w porównaniu do odległości między nimi.

W tym przypadku ładunek jest mierzony w kulombach - ilości energii elektrycznej przepływającej przez przekrój przewodnika w ciągu jednej sekundy przy prądzie 1 ampera.

Siła F jest skierowana wzdłuż prostej łączącej ładunki, tj. jest siłą centralną i odpowiada przyciąganiu (F<0) в случае разноименных зарядов и отталкиванию (F>0) w przypadku podobnych opłat. Ta siła nazywa się Siła kulombowska.

Późniejsze badania Faradaya wykazały, że interakcje elektryczne między naładowanymi ciałami zależą od właściwości ośrodka, w którym te interakcje zachodzą.

Od dawna ustalono, że ładunki elektryczne nie wpływają na siebie bezpośrednio. W przestrzeni otaczającej wszystkie naładowane ciała obserwuje się działanie pola elektrycznego. W ten sposób dochodzi do interakcji między polami znajdującymi się wokół ładunków. Każde pole ma pewną siłę, z jaką działa na ładunek. Ta umiejętność jest podstawową statystyką dla wszystkich.

Wyznaczanie parametrów pola elektrycznego

Badanie pola elektrycznego znajdującego się wokół naładowanego obiektu odbywa się za pomocą tzw. ładunku testowego. Z reguły jest to opłata punktowa, której wartość jest bardzo mała i nie może w jakiś sposób wpłynąć w zauważalny sposób na badany ładunek główny.

W celu dokładniejszego określenia parametrów ilościowych pola elektrycznego ustalono specjalną wartość. Ta charakterystyka mocy została nazwana w postaci natężenia pola elektrycznego.

Siła pola jest stabilną wielkością fizyczną. Jego wartość jest równa stosunkowi natężenia pola działającego na dodatni ładunek testowy znajdujący się w określonym punkcie przestrzeni do wartości tego ładunku testowego.

Wektor napięcia - główna cecha

Główną cechą natężenia jest wektor natężenia pola elektrycznego. Tak więc ta cecha jest wektorową wielkością fizyczną. W dowolnym punkcie przestrzennym wektor naprężenia jest skierowany w tym samym kierunku, co wywierana siła wpływ na dodatni ładunek testowy. Ładunki stacjonarne, które nie zmieniają się w czasie, mają elektrostatyczne pole elektryczne.

W przypadku, gdy badane jest pole elektryczne wytworzone przez kilka naładowanych ciał jednocześnie, jego całkowita siła będzie się składać z sumy geometrycznej sił każdego naładowanego ciała działających na ładunek testowy.

Dlatego wektor natężenia pola elektrycznego składa się z sumy wektorów natężenia wszystkich pól utworzonych przez poszczególne ładunki w każdym punkcie.

Linie siły pola elektrycznego są jego wizualną reprezentacją graficzną. Wektor naprężenia w każdym punkcie jest skierowany w stronę stycznej znajdującej się w stosunku do linii sił. Liczba linii siły jest proporcjonalna do modułu wektora natężenia pola elektrycznego.

Przepływ wektora napięcia

Jeśli do przestrzeni otaczającej ładunek elektryczny zostanie wprowadzony inny ładunek, wówczas zadziała na niego siła Coulomba; Oznacza to, że w przestrzeni otaczającej ładunki elektryczne istnieje pole siłowe. Zgodnie z koncepcjami współczesnej fizyki, pole rzeczywiście istnieje i wraz z materią jest jedną z form istnienia materii, poprzez którą zachodzą określone oddziaływania między ciałami makroskopowymi lub cząstkami tworzącymi substancję. W tym przypadku mówią o polu elektrycznym - polu, przez które oddziałują ładunki elektryczne. Rozważamy pola elektryczne, które są tworzone przez stacjonarne ładunki elektryczne i nazywane są elektrostatyczny.

Do wykrywania i eksperymentalnego badania wykorzystuje się pole elektrostatyczne ładunek dodatni punktu pomiarowego - taki ładunek, który nie zniekształca badanego pola (nie powoduje redystrybucji ładunków tworzących pole). Jeśli w polu utworzonym przez podopiecznego Q, umieścić opłatę testową Q 0 , wtedy działa na nią siła F, różne w różnych punktach pola, które zgodnie z prawem Coulomba jest proporcjonalne do ładunku testowego Q 0 . Dlatego stosunek F/ Q 0 nie zależy od Q 0 i charakteryzuje pole elektrostatyczne w punkcie, w którym znajduje się ładunek testowy. Ta wartość nazywana jest napięciem i jest charakterystyka mocy pola elektrostatycznego.

Natężenie pola elektrostatycznego w danym punkcie istnieje wielkość fizyczna określona przez siłę działającą na dodatni ładunek jednostki testowej umieszczony w tym punkcie pola:

Natężenie pola ładunku punktowego w próżni

Kierunek wektora E pokrywa się z kierunkiem siły działającej na ładunek dodatni. Jeżeli pole jest tworzone przez ładunek dodatni, to wektor E jest skierowany wzdłuż wektora promienia od ładunku do przestrzeni kosmicznej (odpychanie testowego ładunku dodatniego); jeśli pole jest tworzone przez ładunek ujemny, to wektor E jest skierowany w kierunku ładunku (ryc.).

Jednostką natężenia pola elektrostatycznego jest niuton na zawieszkę (N/C): 1 N/C to natężenie takiego pola, które działa na ładunek punktowy 1 C z siłą 1 N; 1 N/Cl= 1 V/m, gdzie V (wolt) jest jednostką potencjału pola elektrostatycznego. Graficznie pole elektrostatyczne jest przedstawione za pomocą linie napięcia - linie, do których styczne w każdym punkcie pokrywają się z kierunkiem wektora E (rys.).

Ponieważ w dowolnym punkcie przestrzeni wektor napięcia ma tylko jeden kierunek, linie napięcia nigdy się nie przecinają. Do jednolite pole(gdy wektor naprężenia w dowolnym punkcie jest stały pod względem wielkości i kierunku) linie naprężenia są równoległe do wektora naprężenia. Jeśli pole jest tworzone przez ładunek punktowy, to linie napięcia są promieniowymi liniami prostymi wychodzącymi z ładunku, jeśli jest dodatni (ryc. a) i zawarte w nim, jeśli ładunek jest ujemny (ryc. b). Ze względu na dużą klarowność graficzna metoda przedstawiania pola elektrostatycznego jest szeroko stosowana w elektrotechnice.

Aby móc scharakteryzować nie tylko kierunek, ale także wartość natężenia pola elektrostatycznego za pomocą linii naprężeń, uzgodniliśmy, że narysujemy je z pewną gęstością: liczba linii naprężeń penetrujących jednostkę powierzchni prostopadle do linie naprężenia powinny być równe modułowi wektora E. Następnie liczba linii naprężeń penetrujących elementarny obszar d S, normalna n który tworzy kąt a z wektorem mi, równa się mi d Scos a = E n d S, gdzie E p-rzut wektorowy mi Do normalności n do strony d S(Ryż.).

Wartość dФ E \u003d E n dS \u003d mi dS nazywa się przepływ wektora napięcia przez platformę d S. Tutaj d S=d Sn- wektor, którego moduł jest równy d S, a kierunek jest taki sam jak kierunek normalnej n do serwisu. Wybór kierunku wektora n(a więc także d S) jest warunkowa, ponieważ może być skierowana w dowolnym kierunku. Jednostką strumienia wektora natężenia pola elektrostatycznego jest 1 V×m.

Dla arbitralnie zamkniętej powierzchni S wektor przepływu mi przez tę powierzchnię

,

gdzie całka jest pobierana na zamkniętej powierzchni S. Przepływ wektorowy mi jest wartość algebraiczna: zależy nie tylko od konfiguracji pola mi, ale też o wyborze kierunku n. W przypadku powierzchni zamkniętych przyjmuje się dodatni kierunek normalnej na zewnątrz normalne, tj. normalna skierowana na zewnątrz obszaru objętego powierzchnią.

Zasada niezależności działania sił ma zastosowanie do sił kulombowskich, tj. wypadkowa siła F działająca od strony pola na ładunek testowy Q 0 jest równa sumie wektorowej sił Fi przyłożonych do niego z boku każdego z ładunków Q i: . F = Q 0 E i F i = Q 0 E i , gdzie E jest natężeniem pola wynikowego, a E i jest natężeniem pola generowanego przez ładunek Q i . Podstawiając to do powyższego wyrażenia, otrzymujemy . Wzór ten wyraża zasadę superpozycji (superpozycji) pól elektrostatycznych, zgodnie z którą siła E powstałego pola wytworzonego przez układ ładunków jest równa geometrycznej sumie sił pola wytworzonego w danym punkcie przez każdy z ładunków osobno.

Zasada superpozycji ma zastosowanie do obliczania pola elektrostatycznego dipola elektrycznego. Dipol elektryczny to układ dwóch ładunków punktowych równych wartości bezwzględnej (+Q, –Q), których odległość l jest znacznie mniejsza niż odległość do rozważanych punktów pola. Zgodnie z zasadą superpozycji, siła E pola dipolowego w dowolnym punkcie , gdzie E+ i E– to siły pól wytworzonych odpowiednio przez ładunki dodatnie i ujemne.

>>Fizyka: Siła pola elektrycznego. Zasada superpozycji pól

Nie wystarczy powiedzieć, że istnieje pole elektryczne. Konieczne jest wprowadzenie ilościowej charakterystyki pola. Następnie pola elektryczne można ze sobą porównać i kontynuować badanie ich właściwości.
Pole elektryczne jest wykrywane przez siły działające na ładunek. Można argumentować, że wiemy wszystko, czego potrzebujemy o polu, jeśli znamy siłę działającą na dowolny ładunek w dowolnym punkcie pola.
Dlatego konieczne jest wprowadzenie takiej charakterystyki pola, której znajomość pozwoli nam określić tę siłę.
Jeśli naprzemiennie umieścimy małe naładowane ciała w tym samym punkcie pola i zmierzymy siły, okaże się, że siła działająca na ładunek z pola jest wprost proporcjonalna do tego ładunku. Rzeczywiście, niech pole zostanie stworzone przez opłatę punktową q 1. Zgodnie z prawem Coulomba (14.2) dla ładunku q2 istnieje siła proporcjonalna do ładunku q2. Dlatego stosunek siły działającej na ładunek umieszczony w danym punkcie pola do tego ładunku dla każdego punktu pola nie zależy od ładunku i można go uznać za cechę charakterystyczną pola. Ta cecha nazywana jest siłą pola elektrycznego. Jak siła, siła pola - wielkość wektorowa; jest oznaczony literą. Jeżeli ładunek umieszczony w polu jest oznaczony przez q zamiast q2, wtedy stres będzie następujący:

Natężenie pola w danym punkcie jest równe stosunkowi siły, z jaką pole działa na ładunek punktowy umieszczony w tym punkcie do tego ładunku.
Stąd siła działająca na ładunek q od strony pola elektrycznego jest równy:

Kierunek wektora jest taki sam jak kierunek siły działającej na ładunek dodatni i przeciwny do kierunku siły działającej na ładunek ujemny.
Natężenie pola ładunku punktowego. Znajdź siłę pola elektrycznego wytworzonego przez ładunek punktowy q0. Zgodnie z prawem Coulomba ładunek ten będzie działał na ładunek dodatni q z siłą równą

Moduł natężenia pola ładunku punktowego q0 na odległość r z tego równa się:

Wektor natężenia w dowolnym punkcie pola elektrycznego jest skierowany wzdłuż linii prostej łączącej ten punkt z ładunkiem ( rys.14.7) i pokrywa się z siłą działającą na punktowy ładunek dodatni umieszczony w danym punkcie.

Zasada superpozycji pól. Jeśli na ciało działa kilka sił, to zgodnie z prawami mechaniki siła wynikowa jest równa geometrycznej sumie tych sił:

Na ładunki elektryczne działają siły pola elektrycznego. Jeżeli przy zastosowaniu pól z kilku ładunków pola te nie mają na siebie żadnego wpływu, to siła wypadkowa ze wszystkich pól musi być równa geometrycznej sumie sił z każdego pola. Doświadczenie pokazuje, że tak właśnie dzieje się w rzeczywistości. Oznacza to, że natężenia pola sumują się geometrycznie.
jeśli w danym punkcie przestrzeni różne naładowane cząstki tworzą pola elektryczne, których siła itd., to wynikowa siła pola w tym momencie jest równa sumie sił tych pól:

ponadto siła pola wytworzonego przez pojedynczy ładunek jest definiowana tak, jakby nie było innych ładunków tworzących pole.
Dzięki zasadzie superpozycji, aby znaleźć natężenie pola układu naładowanych cząstek w dowolnym punkcie, wystarczy znać wyrażenie (14,9) na natężenie pola ładunku punktowego. Rysunek 14.8 pokazuje, jak natężenie pola w punkcie A, tworzony przez dwie opłaty punktowe q 1 oraz q 2 , q 1 > q 2

Wprowadzenie pola elektrycznego pozwala podzielić problem obliczania sił oddziaływania naładowanych cząstek na dwie części. Najpierw obliczana jest siła pola wytworzonego przez ładunki, a następnie wyznaczane są siły ze znanej siły. Taki podział problemu na części zwykle ułatwia obliczenia sił.

???
1. Jak nazywa się siła pola elektrycznego?
2. Jakie jest natężenie pola ładunku punktowego?
3. Jak jest skierowane natężenie pola ładunku q 0, jeśli q0>0 ? jeśli q0<0 ?
4. Jak sformułowana jest zasada superpozycji pól?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, klasa fizyki 10

Treść lekcji podsumowanie lekcji wsparcie ramka prezentacja lekcji metody akceleracyjne technologie interaktywne Ćwiczyć zadania i ćwiczenia samokontrola warsztaty, szkolenia, case'y, questy praca domowa pytania do dyskusji pytania retoryczne od studentów Ilustracje audio, wideoklipy i multimedia fotografie, obrazki grafika, tabele, schematy humor, anegdoty, dowcipy, komiksy przypowieści, powiedzenia, krzyżówki, cytaty Dodatki streszczenia artykuły chipy dla dociekliwych ściągawki podręczniki podstawowe i dodatkowe słowniczek pojęć inne Doskonalenie podręczników i lekcjipoprawianie błędów w podręczniku aktualizacja fragmentu w podręczniku elementów innowacji na lekcji zastępując przestarzałą wiedzę nową Tylko dla nauczycieli doskonałe lekcje plan kalendarzowy na rok zalecenia metodyczne programu dyskusji Zintegrowane lekcje

Jeśli masz poprawki lub sugestie dotyczące tej lekcji,