Магнитное поле. Магнитная индукция. Магнитная индукция движущегося заряда. Линии магнитной индукции

Вид материала

Документы

Содержание Электрический заряд. Закон Кулона. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля точечного заряда. Принцип суперпозиции полей. Линии напряженности электростатического поля. Ди­поль. Поле диполя. Теорема Гаусса. Поле бесконечной равномерно заряженной плоскости и двух разно­именно заряженных плоскостей. Электростатическое поле равномерно заряженных сферы и шара. R E=KQr/r Потенциал поля точечного заряда, равномерно заряженных сферы и плоскости. Потенциал системы точечных зарядов.

Подобный материал:

• Магнитное поле. Электромагнитная индукция. Самоиндукция. Часть, 53.53kb.
• Магнитное поле. Электромагнитная индукция. Самоиндукция. Часть, 84.18kb.
• Бакалаврская программа №520400 Кафедра Онтологии и теории познания Направление : Социология, 104.85kb.
• Вопросы к зачету по темам: «Магнитное поле», «Электромагнитная индукция», 22.6kb.
• План. 1 Магнитное поле и его характеристики. 2 Влияние магнитного поля на организм, 64.4kb.
• Домашнее задание по физике на 4 сессию Учебник, 55.57kb.
• План урока I. Вступление: о чём мы будем говорить сегодня?, 101.19kb.
• Магнитное поле. Электромагнитная индукция. Самоиндукция. Часть, 48.45kb.
• Календарно-тематическое планирование, 368.8kb.
• Зачет по теме: «Магнитные явления, электромагнитная индукция», 13.44kb.

Процесс протекания тока через газы называют электрическим разрядом в газах. В естественном состоянии газы не проводят тока, т.е. являются диэлектриками. Изолирующие свойства газов объясняются отсутствием в них свободных электрических зарядов: молекулы в газах в естественном состоянии являются нейтральными. Для того чтобы сделать газ проводящим, нужно тем или иным способом внести в него или создать в нем свободные носители заряда – заряженные частицы. При этом возможны два случая : либо эти заряженные частицы создаются действием какого-нибудь внешнего фактора (вводятся в газ извне), либо они создаются в газе действием самого эл.поля между электродами. В первом случае проводимость газа называется несамостоятельной, во втором – самостоятельной. Процесс образования ионов в каком либо газе называют ионизацией этого газа. Факторы , вызывающие ионизацию газа , называются ионизаторами. (Нагрев, рентгеновские и ультрафиолетовые лучи, излучения радиоактивных веществ, термоэлектронная эмиссия). Процесс восстановления нейтральных молекул из разноименно заряженных ионов (ионов, электронов) вследствие их электрического притяжения называется рекомбинацией. Электрический ток в газе представляет собой направленное движение ионов к катоду, а отрицательных ионов и электронов – к аноду. В силу различия ионной проводимости газов и электролитов, в газах не имеют места законы Фарадея. Для газов не соблюдается закон Ома.Термоэлектронная эмиссия. Катод может испускать электроны при нагревании до высокой температуры. Этот процесс называется термоэлектронной эмиссией. Его можно рассматривать как испарение электронов из металла. Для изготовления катодов используют в-ва со свойствами: эмиссия происходит при темп, при которых испарение в-ва очень мало. При самостоятельном разряде нагрев катода может происходить за счет бомбардировки его положительными ионами. Несамостоятельные разряды. ВАХ – крутая вогнутая вверх кривая, при опред.значении переходящая в прямую параллельную оси ОХ(напряжение). При небольших значениях напряжения выполняется закон Ома. При больших напряжениях возникает постоянный, независящий от напряжения ток, который называют током насыщения. Пример. Горелка создает за 1 с. 1млн. ионов, заряд каждого 1,6* 10-19 Кл. Следовательно, макс. Заряд, проходящий за 1секунду, т.е. I= 1,6*10-13 А. Это ток насыщения в данном случае. Если увеличить ионизирующий фактор, то ток насыщения был бы больше.(В электролите ток насыщения достигается редко, следовательно для них часто соблюдается закон Ома). Самостоятельный разряд . Если после достижения насыщения продолжать увеличивать разность потенциалов между электродами, то сила тока при достаточно большом напряжении станет резко возрастать. ВАХ-как у несам.газ.разр., но прямая (параллОХ)при некотором знач.резко идет вверх, выгибаясь книзу. Скачок тока показывает, что число ионов сразу резко возросло. Под действием электрического поля ионы приобретают большую кинетическую энергию . Настолько большую, что при соударении их с нейтральными молекулами последние разбиваются на ионы. Такой эффект называется пробоем. Способ ионизации – ионизация электронным ударом ( кол-во электронов быстро возрастает, следовательно название процесса - электронная (ионная) лавина). Поле само поддерживает ионизацию, следовательно, проводимость из несамостоятельной становится самостоятельной. Эффективность электрона в данном процессе больше эффективности иона. Типы самостоятельного разряда. Тлеющий, коронный, искровой, дуговой.Искровой разряд. При большой напряженности электр. поля между электродами (около 3*10-6В/м) в воздухе при атм.давлении возникает искровой разряд. Вызывается он пробоем воздуха (см. ранее) В газе возникают каналы ионизированного газа – стриммеры, имеющие вид прерывистых, ярких, зигзагообразных нитей. При этом наблюдается яркое свечение газа и выделяется большое количество теплоты. Из-за нагревания давление в стриммерах сильно повышается, расширяясь газ излучает звуковые волны (треск). Чем больше расстояние между электродами, тем большее напряжение между ними необходимо для наступления искрового разряда - это напряжение называется напряжением пробоя. (Зависит от давления и температуры газа.) Пример, молния. Коронный разряд. Возникновение ионной лавины не всегда приводит к искре, а может вызвать разряд др. типа – коронный разряд. При атм. давлении в газе, находящимся в сильном неоднородном эл.поле наблюдается разряд , светящая область которого часто напоминает корону. Ионизация электронным ударом по мере удаления от поверхности проводника напряженность быстро убывает. Поэтому ионизация и связанное с нею свечение газа наблюдается в ограниченной области пространства. Кистевые разряды – разновидность коронного. Пример, огни святого эльма. Использование – эл. чистка газов, счетчики элементарных частиц. Из-за искрового разряда происходит потеря электричества в высоковольтных линиях. Дуговой разряд. В качестве электродов берем два угольных стержня, приводим их в соприкосновение, приложим к ним напряжение 30-50 вольт. По получившейся замкнутой цепи пойдет ток. Сопротивление угля велико, следовательно. Выделится большое количество теплоты. Температура повышается настолько, что начинается термоэлектронная эмиссия. В следствии этого. При раздвижении электродов между ними начинается эл.разряд в виде столба ярко светящегося газа. Столб светящегося газа называется электрической дугой. Впервые получен в 1802 г. Петровым В. На положительном электроде под влиянием бомбардировки электронами образуется углубление – кратер. Температура в нем при атм. давлении 4000С. При давлении 2*10⁶ превышает 7000С.( температура Солнца 6000С). Тлеющий разряд. Электроны могут приобрести энергию, необходимую для ударной ионизации не только за счет увеличения напряжения между электродами, но и за счет увеличения длины свободного пробега электронов. Последнее можно достигнуть за счет разряжения газа. При давлении 1-2 мм.рт.ст и ниже происходит тлеющий разряд. Разряд с состоит из темной катодной части и положит.столба разряда и т.д. свет излучает положит.столб. Положительные ионы, образующиеся в результате ионизации электронными ударами движутся к катоду, проходят через область падения потенциала и ускоряются, ударяясь о катод они выбивают из него электроны (вторичная электронная эмиссия). Основным признаком является катодное падение потенциала. Применение: лампы, реклама, лазеры.

21. Электрический заряд. Закон Кулона. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля точечного заряда.
    

Электрический заряд q, Q – (СФВ), определяющая силу и энергию электромагнитного взаимодействия тел и частиц. Единица электрического заряда - кулон: [q] = Кл. Кулон определяется через единицу силы тока - ампер (А): Кл =Ac. Свойства зарядов: 1)Существуют два вида электрических зарядов: положительные(+), и отрицательные (-). Пожительно заряженным становится, например, стеклянный стержень, потертый о шёлк, отрицательно заряженным - янтарный стержень, потёртый о мех. Между заряженными телами существует взаимодействие: одноименно заряженные тела отталкиваются, разноимённо заряженные притягиваются друг к другу. 2)Заряд любого тела является дискретным: он равен целому (положительному, либо отрицательному) числу N элементарных электрических зарядов:q_T=Ne. Элементарный электрический заряд е - абсолютная величина наименьшего заряда:е=1.602*10^-19. Элементарным электрическим зарядом обладают, например такие элементарные частицы, как протон, являющийся положительно заряженной частицей, и электрон, являющийся отрицательно заряженной частицей. 3)Электрический заряд тела не зависит от скорости тела. Заряд тела во всех инерциальных системах отсчета одинаков.

Закон Кулона. Силы, с которыми действую друг на друга два неподвижных точечных заряда, направлены по прямой, проходящей через эти заряды, равны по величине и противоположны по направлению. Эти силы являются силами отталкивания, если заряды одноименные, и силами притяжения если заряды разноименные. Величина сил прямо пропорциональна произведению модулей этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Точечные заряды (при использовании в законе Кулона) – заряженные тела, максимальный линейный размер которых много меньше минимального расстояния между ними. Закон Кулона в векторной форме. Пусть точечный заряд q₁ находится в начале координат хОу, точечный заряд q₂ находится в точке, радиус-вектор которой r. Если заряды находятся в вакууме (газовой среде при давлении много меньше атмосферного), заряд q₁ действует на заряд q₂ силой F₂₁ (кулоновской силой), которая может быть представлена в виде выражения: F₂₁=(Kq₁q₂/r³)r. K=9*10⁹=1/4ПE. E=8.85*10^-12 - электрическая постоянная. Сила F₂₁ является: а) силой отталкивания, если оба заряда имеют одинаковые знаки, б) силой притяжения, если оба заряда имеют разные знаки. Если заряды находятся в однородной и изотропной (свойства одинаковы по всем направлениям) бесконечной диэлектрической среде, кулоновская сила уменьшается в е раз по сравнению с силой в вакууме: F₂₁=)q₁q₂/r³)r*(1/4ПEe), где e - относительная диэлектрическая проницаемость среды.

Электромагнитное поле - поле, посредством которого осуществляется электромагнитное взаимодействие тел и частиц. Электростатическое поле - поле неподвижных (в какой-либо инерциальной системе отсчёта) зарядов. На заряд, находящийся в электростатическом поле, действует сила, определяемая характеристиками этого поля. Напряженность поля (в некоторой точке) Е - векторная физическая величина (ВФВ), равная отношению кулоновской силы F_кл, действующей на пробный заряд q, находящийся в этой точке поля, к этому заряду: Е=F_кл/q.

Пробный заряд - точечный заряд, используемый для определения характеристик электрического поля. Величина пробного заряда должна быть достаточно малой, чтобы практически не изменять распределения тех зарядов, которые создают исследуемое поле. Единица напряженности поля - вольт на метр: [Е] = В/м. Однородное поле - поле, напряжённость которого во всех точках поля одинакова. Центральное поле - поле, направления напряженности которого пересекаются в одной точке, называемой центром поля, а модуль напряженности зависит только от расстояния до этого центра. Стационарное поле - поле, напряжённость которого не зависит от времени. Точечный заряд (при определении напряженности поля) - заряд, максимальный размер которого значительно меньше, чем расстояние г от него до тех точек, в которых определяются напряженность поля. Напряженность поля Е точечного заряда q в точке, радиус-вектор которой r: E=(Kq/r³)/r. Поле точечного заряда является центральным. Напряженность поля положительного точечного заряда направлена от заряда, отрицательного - к заряду. Модуль напряженности поля точечного заряда q: E=K/q//r².

21. Принцип суперпозиции полей. Линии напряженности электростатического поля. Ди­
    поль. Поле диполя.
    

Принцип суперпозиции полей Напряженность поля системы точечных зарядов Ее в некоторой точке равна сумме напряженностей полей Е_i создаваемых каждым зарядом q_i данной системы в этой точке по отдельности: E_c=∑E_i. Электрический диполь - система, состоящая из двух одинаковых по абсолютной величине разноименных точечных зарядов. Ось диполя - прямая, проходящая через оба заряда. Электрический момент диполя Р - ВФВ, определяемая произведением: P=ql, где q - положительный заряд; l - вектор, начало которого находится на отрицательном заряде, конец - на положительном заряде диполя. Электрический точечный диполь - диполь, расстояние между зарядами которого значительно меньше, чем расстояние до тех точек, в которых определяется напряженность поля этих зарядов. Модуль напряженности поля точечного диполя уменьшается с увеличением расстояния от диполя быстрее (Е~1/г³), чем уменьшается напряженность поля (Е ~ 1/г²) отдельных точечных зарядов, образующих диполь.

21. Теорема Гаусса. Поле бесконечной равномерно заряженной плоскости и двух разно­
    именно заряженных плоскостей.
    

Поток напряженности электрического поля Поток напряженности однородного поля через плоскую по­верхность Ф_Е - скалярная физическая величина (СФВ), определяемая равенством: Ф_Е=(Е,n_ед)S=ЕsсоsA. Поток напряженности может быть > 0, < 0 или = 0, в зависимости от угла. Поток напряженности неоднородного поля: выбранная поверхность разбивается на такие малые участки, чтобы их можно было считать плоскими, а поле в их пределах - однородным, затем вычисленные потоки через эти участки поверхности складываются. Поток напряжённости поля через поверхность Ф_Е - СФВ, определяемая выражением: Ф_Е=lim∑(Е_i,n_едi)S_i.

Теорема Гаусса Поток напряженности электростатического поля через любую замкнутую поверхность Ф_Езп прямо пропорционален сумме зарядов q_i охватываемых этой поверхностью: Ф_{Е з п}=(1/E_o)∑q_i. Поверхностная плотность заряда ∂ - СФВ, равная пределу отношения заряда ∆q части поверхности тела к площади этой поверхности ∆S при ее бесконечном уменьшении: ∂=lim∆q/∆S(∆0). Единица поверхностной плотности заряда - кулон на квадратный метр:[∂] = Кл/м². Равномерно заряженная поверхность - заряженная поверхность, заряды любых равных по площади частей которой одинаковы. Поверхностная плотность заряда равномерно заряженной поверхности СФВ, равная отношению заряда ∆q любой части поверхности тела к площади этой поверхности ∆S: ∂=∆q/∆S=const.

Напряжённость поля равномерно заряженной бесконечной плоскости Электростатическое поле равномерно заряженной бесконечной плоскости с каждой стороны от плоскости является однородным. Напряжённость поля направлена перпендикулярно этой плоскости, а ее модуль во всех точках поля одинаков и не зависит от расстояния до плоскости. E=/∂//2E_o. Линии напряжённости поля направлены от плоскости, если она заряжена положительно, и к плоскости, если она заряжена отрицательно.

Напряженность поля равномерно заряженных бесконечных параллельных плоскостей Напряженность поля двух (или нескольких) равномерно заряженных бесконечных параллельных плоскостей может быть определена по принципу суперпозиции полей. Поле двух разноименно заряженных плоскостей Поле между двумя параллельными бесконечными плоскостями, заряженными равномерно и разноименно с одинаковой по модулю поверхностной плотностью заряда, является однородным. Напряжённость поля в этой области направлена перпендикулярно плоскостям: от положительной к отрицательной плоскости, а ее модуль не зависит от расстояния до плоскостей: E=/∂//E_o, где /∂/ - поверхностная плотность заряда положительно заряженной плоскости. Напряженность поля вне области между плоскостями равна нулю.

21. Электростатическое поле равномерно заряженных сферы и шара.
    

Напряженность поля равномерно заряженной сферы (тонкой сферической оболочки)а) при r R E=KQr/r³. Объемная плотность заряда р - СФВ, равная пределу отношения заряда части заряженного тела к объему этой части при его бесконечном уменьшении: р=lim∆q/∆V(∆V0). Единица объемной плотности - кулон на кубический метр: [р]=Кл/м³. Равномерно (по объему} заряженное тело - тело, заряды любых равных по объему частей которого одинаковы. Объемная плотность заряда равномерно заряженного тела -СФВ, равная отношению заряда ∆q любой части заряженного тела к объему этой части ∆V: p=∆q/∆V=const. Напряженность поля равномерно заряженного шара а) при rp/E_o)=kQr/R³ б) при r>R E=kQr/r³.

21. Работа сил электростатического поля. Потенциальная энергия заряда в электростатическом поле. Потенциал. Эквипотенциальные поверхности.
    

Работа сил электростатического поля. Работа сил электростатического поля при перемещении точеч­ного заряда q из одной точки поля в другую по какой-либо (прямолинейной или криволинейной) траектории: A=lim E q(E₁,дR₁), где E₁ - напряженность электростатического поля на перемещении дR₁, E - знак суммы. Работа сил однородного электростатического поля Работа сил однородного электростатического поля при пере­мещении точечного заряда q из одной точки поля в другую по любой (как прямолинейной, так и криволинейной) траектории: A=q(E,дR)=qE|дR|cos(a), где Е - напряженность однородного электростатического поля, дR -перемещение заряда q, a - угол между напряженностью поля и перемещением заряда. Работа сил однородного электростатического поля определяется начальным и конечным положениями заряда и не зависит от траектории между ними. Работа сил электростатического поля точечного заряда Пусть точечный заряд Q находится в начале координат хОу . Работа сил электростатического поля точечного заряда Q при перемещении в этом поле точечного заряда q: A=(Qq)/(4пe₀)*(1/r_Н+1/r_К)

Потенциальная энергия заряда в электростатическом поле .Электростатическое поле является потенциальным вследствие того, что его силы являются консервативными. Потенциальная энергия точечного заряда в однородном элек­тростатическом поле W=-qE_XX+C, где Е_х - проекция напряженности поля на ось Ох, параллельной на­пряженности поля (см. рис.4.1), х - координата точечного заряда q. С - произвольная постоянная (выбирается из условия удобства ре­шения конкретной задачи). Потенциальная энергия точечного заряда в однородном элек­тростатическом поле может быть определена с использованием мо­дуля напряженности этого поля: а) если направления оси Ох и напряженности однородного поля, то W=-qEx+C; б) если направления противоположны (рис.4.1,6), то W=qEx+C. Потенциальная энергия точечного заряда q в электростати­ческом попе точечного заряда Q. W=(Qq)/(4пe₀)*1/r+C, где r - расстояние между зарядами (находящимися в вакууме), С - произвольная постоянная (выбирается из условия удобства реше­ния данной задачи).

Потенциал электростатического поля (в некоторой точке поля) - скалярная физическая величина (СФВ), равная отношению потенциальной энергии W пробного заряда q в данной точке поля к этому заряду: Ф=W/q Единица потенциала вольт: [Ф] = В. Разность потенциалов - СФВ, равная отношению разности потенциальных энергий пробного заряда q при его перемещении из начального в конечное положение к этому заряду: Ф_Н-Ф_К=(W_H-W_K)/q, где q - заряд, переместившийся из начальной точки поля, потенциал в которой равен фн, в конечную, потенциал в которой равен фк. Разность потенциалов между двумя точками численно равна работе сил электростатического поля при перемещении единичного положительного заряда из одной точки поля в другую. Работа сил электростатического поля при перемещении заряда q может быть определена через разность потенциалов в начальной и конечной точках траектории заряда: A=q(Ф_Н-Ф_К)=-qдФ Работа внешних сил А_внеш при перемещении заряда q в электростатическом поле из одной точки в другую равна по модулю работе сил поля А_м и противоположна по знаку: Авнеш=q(Фк-Фн)=qдФ=-Аэл. Потенциал в какой-либо точке численно равен работе внешних ил при перемещении единичного положительного заряда из точки, потенциал которой принят равным нулю, в данную точку поля.

Эквипотенциальные поверхности (линии) электростатическо­го поля - поверхности (линии), во всех точках которых потенциалы одинаковы. Свойства эквипотенциальных поверхностей (линий) электро­статического поля:а) работа сил электростатического поля при перемещении за­ряда по эквипотенциальной поверхности (линии) равна нулю; б) эквипотенциальные поверхности (линии) перпендикулярны линиям напряженности электростатического поля в точках их пересечения. Напряженность поля в каждой точке эквипотенциальной по­верхности (линии) направлена в сторону наиболее быстрого убывания потенциала .Если эквипотенциальные поверхности (линии) проводятся та­ким образом, чтобы разности потенциалов между любыми двумя соседними поверхностями (линиями) были одинаковы, то по густо­те (поверхностной плотности) эквипотенциальных поверхностей (линий) можно судить о модуле напряженности поля: чем больше густота эквипотенциальных поверхностей (линий), тем больше мо­дуль напряженности поля.

Напряжение U - разность потенциалов в двух точках (например, т.А и т.В) электростатического поля: U=Фа-ФвМодуль напряженности однородного электростатического по­ля может быть определен из равенства: E=|U|/d, где U - напряжение между любыми двумя эквипотенциальными поверхностями (линиями), d - расстояние между ними.

21. Потенциал поля точечного заряда, равномерно заряженных сферы и плоскости. Потенциал системы точечных зарядов.