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

Вид материала

Документы

Содержание Связь между напряженностью поля и разностью потенциалов. Проводники в электростатическом поле. Электростатическая индукция. Диэлектрики в электростатическом поле. Диэлектрическая проницаемость. Неполярные диэлектрики во внешнем электростатическом пол Электроемкость проводников. Конденсаторы. Емкость плоского и сферического кон­денсаторов. Емкость сферическое конденсатора С=4πεε Последовательное и параллельное соединения конденсаторов. Энергия системы точечных зарядов, заряженного проводника и конденсатора. Объем­ная плотность энергии электрического поля

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.

Потенциал однородного электростатического поля Ф=-ExX+C. Где Ex - проекция напряженности поля на ось Ох, коллинеарной линиям напряженности поля , С - произвольная постоянная. Потенциал электростатического поля точечного заряда Ф=Q/4пе₀*1/r + C , где Q - точечный заряд, г - расстояние от заряда до точки поля, в которой определяется потенциал, С - произвольная постоянная

Потенциал электростатического поля системы точечных за­рядов ф_с в какой-либо точке равен сумме потенциалов ф, полей, создаваемых каждым точечным зарядом q_f данной системы в этой точке по отдельности: Фс=E ФiПотенциальная энергия системы точечных зарядов W_c равна сумме потенциальных энергий попарного взаимодействия точеч­ных зарядов системы: Wc=1/2*E (1/4пe0)*(QjQi/Rij) ; Wc=1/2*E QiФi

Фi= E Qj/4пe₀Rij, Формулой удобно пользоваться для определения потен­циальной энергии системы точечных зарядов в случае симметрич­ного расположения зарядов (например, в вершинах правильных многоугольников).

Потенциал электростатического поля равномерно заряженной сферы: а) при r0Rсф + C; б) при r>Rсф - Ф=q/4пe₀r + C

21. Связь между напряженностью поля и разностью потенциалов. Проводники в электростатическом поле. Электростатическая индукция.
    

Связь между напряженностью поля и разностью потенциа­лов электростатического поля.Ex=-дФ/дX, где -дФ = (Фн - Фк) - разность потенциалов в двух точках, располо­женных на оси Ох, координаты которых равны хн и хк соответст­венно; дх = (хк - хн). В общем случае проекция напряженности электростатического поля на ось Ох Ex=lim –дФ/дХ=-dФ/dX

Свободные заряды в телах – заряженные частицы, находящиеся в телах, способные перемещаться под действием сил электрического поля по всему телу. Проводники – тела, в которых имеются свободные заряды. Проводниками являются металлы, злектролиты (жидкие растворы солей, кислот, щелочей), ионизированные газы. В металлах свободными зарядами являются обобществлённые (валентные) электроны, в электролитах – ионы, в газах – ионы и электроны. Заряженный проводник – проводник с избытком (или недостатком)положительного или отрицательного заряда. При равновесии зарядов в заряженном проводнике: а) весь избыточный заряд расположен на поверхности проводника (при этом поверхностная плотность заряда может быть неодинаковой на различных участках поверхности проводника): q_пр=q_пов, б) заряд внутри проводника равен нулю: q_внтр=0, в) напряжённость поля внутри проводника равна нулю: Е_внтр=0, г)напряжённость поля вне проводника направлена перпендикулярно к поверхности проводника в каждой её точке:│Е_n│=E, Е_τ=0, где Е_n – проекция напряжённости поля на ось, перпендикулярную поверхности тела в точке, где определяется напряжённость поля; Е_τ – проекция напряжённости поля на ось, касательную к поверхности тела в той же точке поверхности; д) потенциал во всех точках проводника, в том числе и на поверхности проводника одинаков:φ_пр=const; е) энергия заряженного проводника W = φ_прq/2, где q – заряд, φ_пр- потенциал проводника.

Нейтральный проводник во внешнем электростатическом поле. Нейтральный проводник – проводник, заряд которого равен нулю. Электростатическая индукция – явление перераспределения свободных зарядов в проводнике, находящемся во внешнем электростатическом поле, приводящее к образованию на поверхности проводника избыточных, называемых индуцированными, зарядов. При равновесии поверхностных зарядов в проводнике, находящемся во внешнем электростатическом поле: а) весь индуцированный заряд расположен на поверхности проводника: q_инд=q_пов; б) избыточный заряд внутри проводника равен нулю: q_внтр=0; в) напряжённости внешнего поля Е_внш и поля индуцированных зарядов Е_инд в любой точке внутри проводника равны по модулю и направлены в противоположные стороны: Е_внш=-Е_инд; г) напряжённость результирующего поля внутри проводника равна нулю: Е_р = 0; д) напряжённость результирующего поля вне проводника направлена перпендикулярно к поверхности проводника в каждой её точке: │Е_pn│=Е_p, Е_рτ=0, где Е_pn – проекция напряжённости результирующего поля на ось, перпендикулярную к поверхности тела в точке, где определяется напряжённость этого поля; Е_рτ – проекция напряжённости результирующего поля на ось, касательную к поверхности тела в этой же точке поверхности; е) потенциал во всех точках проводника, в том числе и на поверхности проводника одинаков: φ_пр = const.

21. Диэлектрики в электростатическом поле. Диэлектрическая проницаемость.
    

Диэлектрики – тела, в которых практически нет свободных зарядов. Диэлектриками могут быть твёрдые тела (например, из стекла, фарфора, кварца), жидкости (химически чистая вода, масла), газы (водород, азот). Молекулы диэлектриков электрически нейтральны, но их можно рассматривать как диполи с электрическим моментом р=q_мl, где q_м – общий положительный заряд молекулы, l – вектор, начало и конец которого находятся в центрах масс положительных и отрицательных зарядов соответственно. Диэлектрики делятся на полярные и неполярные. Неполярные диэлектрики – диэлектрики, у молекул которых в отсутствие внешнего поля электрический момент равен нулю (вследствие того, что центры масс положительных и отрицательных зарядов в молекулах совпадают).

Неполярные диэлектрики во внешнем электростатическом поле. В электрическом поле в молекулах неполярного диэлектрика происходит относительное смещение центров масс положительных и отрицательных зарядов, вследствие чего у молекул появляются индуцированные электрические моменты, пропорциональные напряжённости внешнего электрического поля, и на поверхности диэлектрика образуются избыточные поверхностные заряды. Диэлектрик становится поляризованным, а явление называется поляризацией диэлектрика. Поляризация диэлектрика – явление, при котором диэлектрик переходит в такое состояние, при котором в любой части диэлектрика результирующий электрический момент молекул становится отличным от нуля. Поляризация неполярных диэлектриков называется электронной. Она не зависит от температуры. Полярные диэлектрики – диэлектрики, молекулы которых имеют постоянный по модулю электрический момент (из-за несовпадения центров масс положительных и отрицательных зарядов). Электрическое поле внутри полярного диэлектрика равно нулю из-за теплового (хаотического) движения молекул диэлектрика. Во внешнем электрическом поле молекулы неполярного диэлектрика ведут себя как диполи, которые ориентируются внешним полем, вследствие чего на поверхности диэлектрика образуются избыточные поверхностные заряды. Поляризация полярных диэлектриков называется ориентационной. С ростом температуры поляризация полярных диэлектриков уменьшается вследствие увеличения хаотичности движения молекул. Ионная поляризация – поляризация в твёрдых кристаллических диэлектриках, имеющих ионную кристаллическую решётку (NaCl). Она состоит в том , что во внешнем электрическом поле положительные ионы решётки смещаются по направлению напряжённости поля, а отрицательные – противоположно напряжённости поля. Напряжённость поля внутри диэлектрика. На поверхности диэлектрика, находящемся во внешнем электростатическом поле, имеются поверхностные связанные заряды, внутри диэлектрика избыточный заряд равен нулю. Поверхностные заряды создают собственное электростатическое поле, напряжённость которого внутри диэлектрика направлена противоположно напряжённости внешнего поля. Напряжённость результирующего поля внутри диэлектрической пластины меньше напряжённости внешнего поля в ε раз: Е_рд=Е_внш/ε, где ε – (относительная) диэлектрическая проницаемость в-ва. Диэлектрическая проницаемость в-ва ε – величина, показывающая , во сколько раз напряжённость полю в однородном и изотропном диэлектрике, находящемся в однородном электростатическом поле (поверхности диэлектрика должны совпадать с эквипотенциальными поверхностями поля), меньше напряжённости этого поля. Поверхностная плотность положительных (отрицательных – по модулю) связанных зарядов на поверхности пластины: σ = Е_вншε₀(1-1/ε), где Е_внш – модуль напряжённости внешнего поля, ε – диэлектрическая проницаемость в-ва пластины. Поверхностные плотности положительных и отрицательных связанных зарядов равны по модулю.Электреты – диэлектрики, длительное время сохраняющие поляризованное состояние после снятия внешнего поля. Используются для создания стационарного (постоянного во времени) электростатического поля. Сегнетоэлектрики – кристаллические, обладающие в некотором интервале температур спонтанной (самопроизвольной) поляризацией. Они характеризуются большими значениями диэлектрической проницаемости, которая может достигать несколькиз тысяч. Пьезоэлектрики – кристаллические диэлектрики, поляризующиеся при деформации, и деформирующиеся под действием электрического поля (кварц).

21. Электроемкость проводников. Конденсаторы. Емкость плоского и сферического кон­денсаторов.
    

Электрическая емкость уединенного проводника: С - СФВ, равная отношению заряда проводника к потенциалу этого провод­ника: С=q/φ где q - заряд проводника, (φ - его потенциал (потенциал уединенно­го проводника на бесконечности принят равным нулю).Электрическая емкость не зависит от заряда проводника, а оп­ределяется размерами проводника и диэлектрическими свойствами среды, в которой находится проводник.Единица электрической емкости - фарад: [С] = Ф.Емкость уединенного шара C_ш=4πεε₀R, где R - радиус шара, ε_о - электрическая постоянная, ε - диэлектри­ческая проницаемость бесконечной среды, в которой находится шар (если шар находится в вакууме, то ε = 1 ). Конденсатор - устройство, позволяющее накапливать большие по величине заряды при незначительном относительно окружаю­щих тел потенциале. Он представляют собой два близко располо­женных проводника (обкладки), между которыми может находить­ся изолятор. Эти проводники имеют такие размеры и форму, чтобы электрическое поле практически полностью было сосредоточено между ними. Емкость конденсатора не зависит от заряда конденсатора, а определяется формой, размерами, взаимным расположением его обкладок и диэлектрическими свойствами вещества, расположен­ного между обкладками. Заряд конденсатора - заряд одной из обкладок конденсатора. Он расположен на внутренней поверхности этой обкладки. Разно­именные заряды обкладок равны по модулю. Емкость конденсатора С - СФВ. равная отношению заряда конденсатора к разности потенциалов обкладок конденсатора (на­пряжению на конденсаторе): С=q/φ₁-φ₂=q/U где q - заряд (обычно положительный) той обкладки, потенциал которой равен φ₁; φ₂ - потенциал другой обкладки конденсатора; U = (ф1 – ф2) - напряжение на конденсаторе. Кроме емкости, конденсатор характеризуется максимальным напряжением U_max- при превышении которого происходит разру­шение диэлектрика конденсатора. Плоский конденсатор состоит из двух параллельных плоских металлических пластин, расстояние между которыми много мень­ше длины и ширины пластин. Между пластинами может находить­ся диэлектрик. Емкость плоского конденсатора С_пл=εε₀S/d где S - площадь одной пластины; d - расстояние между пластинами е- диэлектрическая проницаемость диэлектрика, полностью запол няющего пространство между пластинами (если между пластинам конденсатора вакуум, то е = 1 ).Сферический конденсатор состоит из двух концентрических металлических сферических оболочек. Между оболочками может находиться диэлектрик.

Емкость сферическое конденсатора С=4πεε₀R₁R₂/R₂-R₁ где R₁-наибольший радиус внутренней оболочки, R₂-наименший радиус внешней оболочки.

21. Последовательное и параллельное соединения конденсаторов.
    

Параллельное соединение. Емкость батареи параллельно соединенных к. С=ΣС_i, где Сi – заряд i-го конденсатора, а n количество конденсаторов. При параллельном соединении конденсаторов заряд батареи q_пр=Σq_i равен сумме зарядов q, всех конденсаторов. Напряжение на батарее равно напряжению на каждом конденсаторе. Последовательное соединение.Емкость батареи последовательно соединенных к. 1/C_пс=Σ1/С_i , где Сi – емкость i-го конденсатора, количество конденсаторов. Заряд батареи одинаков по всей цепи. Напряжение на батареи равно сумме напряжений на всех конденсаторов. Конденсатор с пластиной. Вследствие уменьшения напряженности поля в пластине напряжение на конденсаторе уменьшается, что приводит к увеличению общей емкости конденсатора с пластиной. Емкость к. с пластиной 1) пластина металлическая С_M=ε₀S/d-d_пл 2)пластина из диэлектрика с ε Cд = ε₀S/d-d_пл(1-1/ε) d-расстояние между пластинами, s –площадь пластины конденсатора. Энергия заряженного конденсатора Wк может быть определена из равенств: W_k=qU/2, W_k=CU²/2, W_k=q²/2C, W_k=εε₀E²V/2, где C-емкость, U-напряжение, q-заряд, ε-диэлектрическая проницаемость диэлектрика, E-модуль напряженности поля, V-объем между обкладками конденсатора.

32. Энергия системы точечных зарядов, заряженного проводника и конденсатора. Объем­
    ная плотность энергии электрического поля
    

Энергия системы точечных зарядов. Потенциальная энергия системы точечных зарядов равна сумме потенциальных энергий попарного взаимодействия точечных зарядов системы : (Здоровая формула с Астахова стр. 29).

Энергия заряженного проводника : W=0.5*ф*q; где ф - потенциал проводника; q - заряд проводника(?).

Энергия заряженного конденсатора : W=0.5*q*U=0.5*C*U*U=0.5*q*q/C=0.5*e*e.*E*E*V

Объемная плотность енергии электрического поля w - СФВ, равная пределу отношения енергии электрического поля dW в объеме dV к этому обему при его бесконечном уменьшении : w=Lim dW/dV;

Объемная плотность енергии однородного электрического поля w=dW/dV;

w=0.5*e*e.*E*E.