A direção do vetor de intensidade do campo elétrico coincide com. Força do campo elétrico. O princípio da superposição de campos - Hipermercado do Conhecimento

1 .Dois tipos de cargas elétricas e suas propriedades. A menor carga elétrica indivisível. A lei da conservação das cargas elétricas. Lei de Coulomb. Unidade de carga. campo eletrostático. Método de detecção de campo. Tensão como característica de um campo eletrostático. Vetor de tensão, sua direção. Intensidade do campo elétrico de uma carga puntiforme. Unidades de tensão. O princípio da superposição de campos.

Carga elétrica - a quantidade é invariante, ou seja, não depende do referencial e, portanto, não depende se a carga está em movimento ou em repouso.

dois tipos (tipos) de cargas elétricas : cargas positivas e cargas negativas.

Foi estabelecido experimentalmente que cargas de mesmo nome se repelem e cargas opostas se atraem.

Um corpo eletricamente neutro deve ter um número igual de cargas positivas e negativas, mas sua distribuição ao longo do volume do corpo deve ser uniforme.

A lei da conservação do e-mail. carregar : soma algébrica de elec. as cargas de qualquer sistema fechado (um sistema que não troca cargas com itens externos) permanece inalterada, não importa quais processos ocorram dentro desse sistema.

Elek. as cargas não são criadas espontaneamente e não surgem, elas só podem ser separadas e transferidas de um corpo para outro.

Existe a menor carga, foi chamada de carga elementar - esta é a carga que um elétron possui e a carga no corpo é um múltiplo dessa carga elementar: e \u003d 1,6 * 10 -19 Cl. Uma carga elementar negativa está associada a um elétron e uma carga elementar positiva está associada a um pósitron, no qual a carga e a massa coincidem quantitativamente com a carga e a massa do elétron. No entanto, devido ao fato de que o tempo de vida do pósitron é curto, eles estão ausentes nos corpos e, portanto, a carga positiva ou negativa dos corpos é explicada pela falta ou excesso de elétrons nos corpos.

Lei de Coulomb: as forças de interação de duas cargas puntiformes em um meio homogêneo e isotrópico são diretamente proporcionais ao produto dessas cargas e inversamente proporcionais ao quadrado da distância entre elas, iguais entre si e direcionadas ao longo de uma linha reta que passa por essas cargas. r é a distância entre as cargas q 1 e q 2, k é o fator de proporcionalidade, dependendo da escolha do sistema de unidades físicas.

m / F, a \u003d 8,85 * 10 -12 F / m - constante dielétrica

Uma carga pontual deve ser entendida como cargas concentradas em corpos cujas dimensões lineares são pequenas em comparação com as distâncias entre eles.

Nesse caso, a carga é medida em coulombs - a quantidade de eletricidade que flui através da seção transversal do condutor em um segundo a uma corrente de 1 ampere.

A força F é direcionada ao longo da linha reta que conecta as cargas, ou seja, é a força central e corresponde à atração (F<0) в случае разноименных зарядов и отталкиванию (F>0) no caso de encargos semelhantes. Essa força é chamada Força de Coulomb.

Os estudos posteriores de Faraday mostraram que as interações elétricas entre corpos carregados dependem das propriedades do meio em que essas interações ocorrem.

Há muito foi estabelecido que as cargas elétricas não afetam diretamente umas às outras. No espaço que circunda todos os corpos carregados, observa-se a ação de um campo elétrico. Assim, a interação ocorre entre os campos localizados ao redor das cargas. Cada campo tem uma certa força com a qual atua sobre a carga. Esta habilidade é uma estatística central para todos.

Determinação dos parâmetros do campo elétrico

O estudo do campo elétrico localizado ao redor de um objeto carregado é realizado usando a chamada carga de teste. Como regra, esta é uma carga pontual, cuja magnitude é muito pequena e não pode afetar visivelmente a carga principal em estudo.

Para uma determinação mais precisa dos parâmetros quantitativos do campo elétrico, foi estabelecido um valor especial. Essa característica de potência foi nomeada na forma de força do campo elétrico.

A intensidade do campo é uma quantidade física estável. Seu valor é igual à razão entre a intensidade do campo que atua sobre uma carga de teste positiva localizada em um determinado ponto do espaço e o valor dessa carga de teste.

Vetor de tensão - a principal característica

A principal característica da intensidade é o vetor de intensidade do campo elétrico. Assim, esta característica é uma grandeza física vetorial. Em qualquer ponto espacial, o vetor tensão é direcionado na mesma direção que a força que exerce efeito na carga de teste positiva. Cargas estacionárias que não mudam ao longo do tempo têm um campo elétrico eletrostático.

No caso em que um campo elétrico criado por vários corpos carregados ao mesmo tempo é investigado, sua força total consistirá na soma geométrica das forças de cada corpo carregado agindo sobre a carga de teste.

Portanto, o vetor de intensidade do campo elétrico consiste na soma total dos vetores de intensidade de todos os campos criados por cargas individuais em cada ponto.

As linhas de força do campo elétrico são sua representação gráfica visual. O vetor de tensão em cada ponto é direcionado para a tangente, localizada em relação às linhas de força. O número de linhas de força é proporcional ao módulo do vetor de intensidade do campo elétrico.

Fluxo Vetorial de Tensão

Se outra carga for introduzida no espaço ao redor de uma carga elétrica, então a força de Coulomb atuará sobre ela; Isso significa que no espaço ao redor das cargas elétricas existem campo de força. De acordo com os conceitos da física moderna, o campo realmente existe e, junto com a matéria, é uma das formas de existência da matéria, por meio da qual se realizam determinadas interações entre corpos macroscópicos ou partículas que compõem a substância. Neste caso, eles falam de um campo elétrico - um campo através do qual as cargas elétricas interagem. Consideramos campos elétricos que são criados por cargas elétricas estacionárias e são chamados eletrostático.

Para a detecção e estudo experimental do campo eletrostático é utilizado ponto de teste carga positiva - tal carga que não distorce o campo em estudo (não causa uma redistribuição de cargas que criam o campo). Se no campo criado pela cobrança Q, colocar carga de teste Q 0 , então uma força atua sobre ele F, diferente em diferentes pontos do campo, que, de acordo com a lei de Coulomb, é proporcional à carga de teste Q 0. Portanto, a razão F/ Q 0 não depende Q 0 e caracteriza o campo eletrostático no ponto onde a carga de teste está localizada. Este valor é chamado de tensão e é característica de potência do campo eletrostático.

Força do campo eletrostático em um dado ponto existe uma quantidade física determinada pela força que atua sobre uma unidade de teste de carga positiva colocada neste ponto do campo:

Força de campo de uma carga pontual no vácuo

A direção do vetor E coincide com a direção da força que atua sobre a carga positiva. Se o campo é criado por uma carga positiva, então o vetor E é direcionado ao longo do vetor raio da carga para o espaço exterior (repulsão de uma carga positiva de teste); se o campo é criado por uma carga negativa, então o vetor E é direcionado para a carga (Fig.).

A unidade de intensidade do campo eletrostático é newton por pingente (N/C): 1 N/C é a intensidade de tal campo que atua sobre uma carga pontual de 1 C com uma força de 1 N; 1 N/Cl= 1 V/m, onde V (volt) é a unidade do potencial do campo eletrostático. Graficamente, o campo eletrostático é representado usando linhas de tensão - retas, as tangentes às quais em cada ponto coincidem com a direção do vetor E (Fig.).

Como em cada ponto dado no espaço o vetor de tensão tem apenas uma direção, as linhas de tensão nunca se cruzam. Por campo uniforme(quando o vetor de tensão em qualquer ponto é constante em magnitude e direção) as linhas de tensão são paralelas ao vetor de tensão. Se o campo é criado por uma carga pontual, então as linhas de tensão são linhas retas radiais que saem da carga se for positiva (Fig. uma), e incluído nele se a carga for negativa (Fig. b). Devido à grande clareza, o método gráfico de representação do campo eletrostático é amplamente utilizado na engenharia elétrica.

Para poder caracterizar não apenas a direção, mas também o valor da força do campo eletrostático com a ajuda de linhas de tensão, concordamos em desenhá-las com uma certa densidade: o número de linhas de tensão que penetram uma área de superfície unitária perpendicular a as linhas de tensão devem ser iguais ao módulo do vetor E. Então o número de linhas de tensão, penetrando na área elementar d S, normal n que forma um ângulo a com o vetor E, é igual a E d Sco uma = E n d S, Onde E p-projeção vetorial E ao normal n para o local d S(arroz.).

O valor de dФ E \u003d E n dS \u003d E dS é chamado fluxo vetorial de tensão pela plataforma d S. Aqui d S=d Sné um vetor cujo módulo é igual a d S, e a direção é a mesma que a direção da normal n para o site. Selecionando a direção do vetor n(e, portanto, também d S) é condicional, pois pode ser direcionado em qualquer direção. A unidade do fluxo vetorial de intensidade de campo eletrostático é 1 V×m.

Para uma superfície fechada arbitrária S vetor de fluxo E por esta superfície

,

onde a integral é tomada sobre uma superfície fechada S. Fluxo vetorial Eé valor algébrico: depende não só da configuração do campo E, mas também na escolha da direção n. Para superfícies fechadas, a direção positiva da normal é tomada normal para fora, isto é, uma normal direcionada para fora da área coberta pela superfície.

O princípio da independência da ação das forças é aplicável às forças de Coulomb, ou seja, a força resultante F que atua do campo na carga de teste Q 0 é igual à soma vetorial das forças Fi aplicadas a ela do lado de cada um dos as cargas Q i: . F = Q 0 E e F i = Q 0 E i , onde E é a intensidade do campo resultante e E i é a intensidade do campo gerado pela carga Q i . Substituindo isso na expressão acima, obtemos . Esta fórmula expressa o princípio da superposição (overlay) de campos eletrostáticos, segundo o qual a força E do campo resultante criado por um sistema de cargas é igual à soma geométrica das forças de campo criadas em um determinado ponto por cada uma das cargas separadamente.

O princípio da superposição é aplicável para calcular o campo eletrostático de um dipolo elétrico. Um dipolo elétrico é um sistema de duas cargas pontuais iguais em valor absoluto (+Q, –Q), cuja distância l entre as quais é muito menor que a distância aos pontos considerados do campo. De acordo com o princípio da superposição, a força E do campo dipolar em um ponto arbitrário , onde E+ e E– são as intensidades dos campos criados respectivamente por cargas positivas e negativas.

>>Física: Força do campo elétrico. Princípio da superposição de campos

Não basta dizer que existe um campo elétrico. É necessário inserir uma característica quantitativa do campo. Depois disso, os campos elétricos podem ser comparados entre si e continuar a estudar suas propriedades.
O campo elétrico é detectado pelas forças que atuam sobre a carga. Pode-se argumentar que sabemos tudo o que precisamos sobre o campo se conhecemos a força que atua sobre qualquer carga em qualquer ponto do campo.
Portanto, é necessário introduzir tal característica do campo, cujo conhecimento nos permitirá determinar essa força.
Se colocarmos alternadamente pequenos corpos carregados no mesmo ponto do campo e medirmos as forças, descobriremos que a força que atua sobre a carga do campo é diretamente proporcional a essa carga. De fato, seja o campo criado por uma carga pontual q 1. De acordo com a lei de Coulomb (14.2) para uma carga q2 existe uma força proporcional à carga q2. Portanto, a razão entre a força que atua sobre a carga colocada em um dado ponto do campo e essa carga para cada ponto do campo não depende da carga e pode ser considerada como uma característica do campo. Essa característica é chamada de intensidade do campo elétrico. Como uma força, força de campo - grandeza vetorial; é indicado por uma letra. Se a carga colocada no campo é denotada por q ao invés de q2, então a tensão será:

A intensidade do campo em um determinado ponto é igual à razão entre a força com que o campo atua sobre uma carga puntiforme colocada nesse ponto e essa carga.
Portanto, a força que atua sobre a carga q do lado do campo elétrico é igual a:

A direção do vetor é a mesma que a direção da força que atua na carga positiva e oposta à direção da força que atua na carga negativa.
Força de campo de uma carga pontual. Encontre a intensidade do campo elétrico criado por uma carga pontual q0. De acordo com a lei de Coulomb, essa carga atuará sobre uma carga positiva q com uma força igual a

Módulo de intensidade de campo de uma carga pontual q0 na distância r dele é igual a:

O vetor de intensidade em qualquer ponto do campo elétrico é direcionado ao longo da linha reta que conecta este ponto e a carga ( fig.14.7) e coincide com a força que atua sobre uma carga pontual positiva colocada em um determinado ponto.

Princípio da superposição de campos. Se várias forças atuam sobre um corpo, então, de acordo com as leis da mecânica, a força resultante é igual à soma geométrica dessas forças:

As cargas elétricas são influenciadas por forças do campo elétrico. Se, quando campos de várias cargas são aplicados, esses campos não têm nenhum efeito um sobre o outro, então a força resultante de todos os campos deve ser igual à soma geométrica das forças de cada campo. A experiência mostra que é exatamente isso que acontece na realidade. Isso significa que as intensidades de campo se somam geometricamente.
se em um determinado ponto do espaço várias partículas carregadas criam campos elétricos, cujas intensidades etc., então a intensidade do campo resultante neste ponto é igual à soma das intensidades desses campos:

além disso, a intensidade do campo criado por uma única carga é definida como se não houvesse outras cargas criando o campo.
Graças ao princípio da superposição, para encontrar a intensidade do campo de um sistema de partículas carregadas em qualquer ponto, basta conhecer a expressão (14.9) para a intensidade do campo de uma carga pontual. A Figura 14.8 mostra como a intensidade do campo no ponto UMA, criado por duas cargas puntiformes q 1 e q 2 , q 1 >q 2

A introdução de um campo elétrico permite dividir o problema de calcular as forças de interação de partículas carregadas em duas partes. Primeiro, a força do campo criado pelas cargas é calculada e, em seguida, as forças são determinadas a partir da força conhecida. Essa divisão do problema em partes geralmente facilita os cálculos de força.

???
1. O que é chamado de força do campo elétrico?
2. Qual é a intensidade de campo de uma carga puntiforme?
3. Como a intensidade do campo de carga q 0 é direcionada se q0>0 ? E se q0<0 ?
4. Como é formulado o princípio da superposição de campos?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, 10ª série de Física

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