С помощью линий напряженности или силовых линий можно наглядно изобразить электростатическое поле. Силовые линии – кривые, касательные в каждой точке, которые совпадают с направлением вектора напряженности Е.

Силовые линии понятие условное и в реальности они не существуют.

Силовые линии положительного и отрицательного одиночных зарядов изображены на рисунке ниже:

Так как в качестве пробного заряда, используемого использовался положительный заряд, то при внесении в его поле еще одного положительного заряда их силы будут направлены в сторону от заряда. Поэтому считается, что силовые линии «исходят» от положительного и «входят» в отрицательный.

Если рассматривать электростатическое поле, образованное несколькими неподвижными зарядами, то силовые линии могут иметь самую различную конфигурацию. По совокупности силовых линий можно судить об изменении величины вектора Е в пространстве и его направлении, что характеризует конфигурацию (строение) электрического поля.

Электростатическое поле считают однородным в случае, когда направленность и густота силовых линий по всему объему поля являются неизменными. Графически это изображается равноотстоящими друг от друга прямыми параллельными линиями.

Внутри области, у которой нет особых точек (в которых напряженность равна нулю) и не имеющей границы двух диэлектриков, электрические силовые линии представлены плавными кривыми, не имеющими разветвлений или изломов, не пересекающихся, а через каждую точку поля возможно провести не более одной силовой линии.

В случае, если количество силовых линий численно равно напряженности Е, они будут характеризовать не только направление поля, но и его напряженность. Количество линий подсчитывается на поверхности, расположенной перпендикулярно к каждой силовой линии. Данная площадка будет частью шаровой поверхности в случае единичного заряда.

Поток вектора напряженности электростатического поля – это количество силовых линий N E , которые пронизывают площадь S, перпендикулярно к ним.

В общем случае поток вектора напряженности через площадь S равен:

Где E n – проекция вектора Е на нормаль n к поверхности.

В случае плоской поверхности и однородного поля поток вектора Е через площадь S или же ее проекцию S / будет равен:

Где α – угол между нормалью n и векторами Е к поверхности S.

Например, необходимо определить напряженность в точке, лежащей на границе двух сред: воды (ε = 81) и воздуха (ε ≈ 1). В данной точке (точке перехода из воздуха в воду) напряженность электростатического поля уменьшается в 81 раз. В аналогичное количество раз уменьшится и поток вектора напряженности. При решении задач расчета полей на стыках различных сред прерывность вектора Е вызывает определенные неудобства. Для упрощения расчетов вводят новый вектор D, который называют вектором электрического смещения (вектор индукции) . Численно он равен.

12. Диэлектрики в эл.поле. Молекулы полярных и неполярных диэлектриков в эл.поле. Поляризация диэлектриков. Виды поляризации.

1. Полярные диэлектрики.

В отсутствии поля каждый из диполей обладает электрическим моментом, но вектора электрических моментов молекул расположены в пространстве хаотично и сумма проекций электрических моментов на любое направление равна нулю:

Если теперь диэлектрик поместить в электрическое поле (рис. 18), то на каждый диполь начнет действовать пара сил, которая создаст момент под действием которого диполь будет поворачиваться вокруг оси, перпендикулярной плечу, стремясь к конечному положению, когда вектор электрического момента будет параллелен вектору напряженности электрического поля. Последнему будет мешать тепловое движение молекул, внутреннее трение и т.д. и поэтому

электрические моменты диполей будут составлять некоторые углы с направлением вектора внешнего поля, но теперь уже у большего числа молекул будут составляющие проекции электрических моментов на направление, совпадающее, например, с напряженностью поля и сумма проекций всех электрических моментов уже будет отлична от нуля.

Величина, показывающая способность диэлектрика созда-вать большую или меньшую поляризацию, то есть харак-теризующая податливость диэлектрика к поляризации называется диэлектрической восприимчивостью или поляризуемостью диэлектрика ().

16. Поток вектора эл.индукции(однородного и неоднород-ного опля). Поток через замкнутую поверхность. Т.Гаусса для эл. Поля в среде.

Подобно потоку вектора напряженности можно ввести и понятие потока вектора индукции , оставив то же свойство, что и для напряженности-вектор индукции пропорционален числу линий, проходящих через единицу площади поверхности. Можно указать следующие свойства:

1.Поток через плоскую поверхность в однородном поле (рис. 22).В этом случае вектор индукции направлен по полю и поток линии индукции может быть выражен следующим образом:

2. Поток вектора индукции через поверхность в неоднородном поле подсчитывают путем разбиения поверхности на элементы столь малые, чтобы их можно было считать плоскими, а поле вблизи каждого элемента однородным. Полный поток вектора индукции будет равен:

3. Поток вектора индукции через замкнутую поверхность.

Рассмотрим поток вектора индукции пересекающего замкнутую поверхность (рис.23). Условимся направление внешних нормалей считать положительными. Тогда в тех точках поверхности, где вектор индукции направлен по касательной к линии индукции наружу, угол

и поток линий индукции будет положительным, а там, где вектор D индукции будет положительным, а там, где вектор D направлен внутрь поверхности, поток линий индукции будет отрицательным, т.к и .Таким образом общий поток линий индукции пронизывающих замкнутую поверхность насквозь равен нулю.

На основании теоремы Гаусса получаем, что внутри замкнутой поверхности, проведенной в проводнике, некомпенсированные электрические заряды отсутствуют. Это свойство сохраняется и в том случае, когда проводнику сообщен избыточный заряд

На противоположной стороне возникнет равный по величине, но положительный заряд. В результате внутри проводника возникнет индуцированное электрическое поле Е инд , направленное навстречу внешнему полю, которое будет расти до тех пор, пока оно не сравняется с внешним полем и таким образом результирующее поле внутри проводника становится равно нулю. Этот процесс происходит в течение очень короткого времени.

Индуцированные заряды располагаются на поверхности проводника в очень тонком слое.

Потенциал во всех точках проводника остается одинаков, т.е. внешняя поверхность проводника является эквипотенциальной.

Замкнутый полый проводник экранирует только поле внешних зарядов. Если электрические заряды находятся внутри полости, то индукционные заряды возникнут не только на внешней поверхности проводника, но и на внутренней и замкнутая проводящая полость уже не экранирует поле электрических зарядов помещенных внутрь ее.

. Напряженность поля вблизи проводника прямо пропорциональна поверхностной плотности заряда на нем.

1 .Два рода электрических зарядов и их свойства. Наименьший неделимый электрический заряд. Закон сохранения электрических зарядов. Закон Кулона. Единица заряда. Электростатическое поле. Способ обнаружения поля. Напряженность как характеристика электростатического поля. Вектор напряженности, его направление. Напряженность электрического поля точечного заряда. Единицы напряженности. Принцип суперпозиции полей.

Электрический заряд - величина инвариантная, т.е. не зависит от системы отсчета, а потому не зависит от того, движется заряд или он покоится.

два рода (типа) эл.зарядов : заряды положительные и заряды отрицательные.

Экспериментально установили, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются.

Электрически нейтральное тело должно иметь равное количество положительных и отрицательных зарядов, но и их распределение по объему тела должно быть равномерным.

Закон сохранения эл. заряда : алгебраическая сумма элек. зарядов любой замкнутой системы (системы не обменивающейся зарядами с внешними тепами) остается неизменной, какие бы процессы не происходили внутри этой системы.

Элек. заряды самопроизвольно не создаются и не возникают, они лишь могут разделяться и передаваться от одного тела к другому.

Существует наименьший заряд, его назвали элементарным зарядом - это заряд, который имеет электрон и заряд на теле кратен этому элементарному заряду: е=1,6*10 -19 Кл . Отрицательный элементарный заряд связан с электроном, а положительный- с позитроном, у которого заряд и масса количественно совпадают с зарядом и массой электрона. Однако из-за того, что время жизни позитрона мало, на телах они отсутствуют и поэтому положительную или отрицательную заряженность тел объясняют или недостатком или избытком электронов на телах.

Закон Кулона: силы взаимодействия двух точечных зарядов, находящихся в однородной и изотропной среде, прямо пропорциональны произведению этих зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними, равны между собой и направлены по прямой, проходящей через эти заряды. г- расстояние между зарядами q 1 и q 2 , k-коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы физических единиц.

м/Ф, а =8,85*10 -12 Ф/м - диэлектрическая постоянная

Под точечным зарядом следует понимать заряды, сосредоточенные на телах, линейные размеры которых малы по сравнению с расстояниями между ними.

При этом заряд измеряется в кулонах - количество электричества, протекающее через поперечное сечение проводника в одну секунду при токе в 1 ампер.

Сила F направлена вдоль прямой, соединяющей заряды, т.е. является центральной силой и соответствующей притяжению (F<0) в случае разноименных зарядов и отталкиванию (F>0) в случае одноименных зарядов. Эту силу называют кулоновская сила.

Позднейшие исследования Фарадея показали, что электрическое взаимодействие между заряженными телами зависят от свойств среды, в которой происходят эти взаимодействия.

Заряженные тела могут влиять друг на друга без соприкосновения через электрическое поле. Поле, которое создается статичными электрическими частицами, именуется электростатическим.

Инструкция

1. Если в электрическое поле, создаваемое зарядом Q, разместить еще один заряд Q0, то оно будет влиять на него с определенной силой. Это колляция именуется напряженностью электрического поля E. Она представляет собой отношение силы F, с которое поле действует на правильный электрический заряд Q0 в определенной точке пространства, к значению этого заряда: E = F/Q0.

2. В зависимости от определенной точки пространства, значение напряженности поля E может меняться, что выражается формулой Е = Е (x, y, z, t). Следственно напряженность электрического поля относится к векторным физическим величинам.

3. От того что напряженность поля зависит от силой, действующей на точечный заряд, то вектор напряженности электрического поля E идентичен с вектором силы F. Согласно закону Кулона, сила, с которой взаимодействуют две заряженные частицы в вакууме, направлена по прямой линии, которая соединяет эти заряды.

4. Майкл Фарадей предложил наглядно изображать напряженность поля электрического заряда с поддержкой линий напряженности. Эти линии совпадают с вектором напряженности во всех точках по касательной. На чертежах их принято обозначать стрелками.

5. В том случае, если электрическое поле однородно и вектор его напряженности непрерывен по своему модулю и направлению, то линии напряженности параллельны с ним. Если электрическое поле создается правильно заряженным телом, линии напряженности направлены от него, а в случае с негативно заряженной частицей – по направлению к нему.

Совет 2: Как обнаружить напряженность электрического поля

Для того дабы обнаружить напряженность электрического поля , внесите в него вестимый пробный заряд. Измерьте силу, которая действует на него со стороны поля и рассчитайте значение напряженности. Если электрическое поле создается точечным зарядом либо конденсатором, рассчитайте его по особым формулам.

Вам понадобится

• электрометр, динамометр, вольтметр, линейку и транспортир.

Инструкция

1. Определение напряженности произвольного электрического поля Возьмите заряженное тело, размеры которого незначительны по сопоставлению размерами тела, генерирующего электрическое поле. Отлично подойдет заряженный металлический шар с малой массой. Измерьте величину его заряда электрометром и внесите в электрическое поле. Уравновесьте силу, действующую на заряд со стороны электрического поля динамометром и снимите с него показания в ньютонах. Позже этого значение силы, поделите на величину заряда в Кулонах (E=F/q). Итогом будет напряженность электрического поля в вольтах на метр.

2. поля точечного заряда Если электрическое поле генерируется зарядом, величина которого знаменита, для определения его напряженности в некоторой точке пространства удаленной от него, измерьте это расстояние между избранной точкой и зарядом в метрах. Позже этого величину заряда в Кулонах, поделите на измеренное расстояние, возведенное во вторую степень (q/r?). Полученный итог умножьте на показатель 9*10^9.

3. Определение напряженности электрического поля конденсатора Измерьте разность потенциалов (напряжение) между пластинами конденсатора. Для этого параллельно ним присоедините вольтметр, итог зафиксируйте в вольтах. После этого измерьте расстояние между этими пластинами в метрах. Поделите значение напряжения на расстояние между пластинами, итогом будет напряженность электрического поля . Если между пластинами размещен не воздух, определите диэлектрическую проницаемость данной среды и поделите итог не ее значение.

4. Определение электрического поля , сделанного несколькими поля ми Если поле в данной точке является итогом наложения нескольких электрических полей, обнаружьте векторную сумму значений этих полей, с учетом их направления (тезис суперпозиции полей). Если надобно обнаружить электрическое поле, образованное двумя поля ми, постройте их векторы в данной точке, измерьте угол между ними. После этого возведите всякое из их значений в квадрат, обнаружьте их сумму. Вычислите произведение значений напряженности полей, умножьте его на косинус угла, тот, что равен 180? минус угол между векторами напряженностей, а итог умножьте на 2. Позже этого от суммы квадратов напряженностей отнимите полученное число (E=E1?+E2?-2E1E2*Cos(180?-?)). При построении полей рассматривайте, что силовые линии выходят из правильных зарядов и входят в негативные.

Видео по теме

Объектами векторной алгебры являются отрезки прямой, имеющие направление и длину, называемую модулем. Дабы определить модуль вектора , следует извлечь квадратный корень из величины, представляющей собой сумму квадратов его проекций на координатные оси.

Инструкция

1. Векторы характеризуются двумя основными свойствами: длиной и направлением. Длина вектора именуется модулем либо нормой и представляет собой скалярное значение, расстояние от точки начала до точки конца. Оба свойства используются для графического изображения разных величин либо действий, скажем, физических сил, движения элементарных частиц и пр.

2. Местоположение вектора в двухмерном либо трехмерном пространстве не влияет на его свойства. Если перенести его в другое место, то изменятся лишь координаты его концов, впрочем модуль и направление останутся бывшими. Эта автономность разрешает применять средства векторной алгебры в разных вычислениях, скажем, определения углов между пространственными прямыми и плоскостями.

3. Весь вектор дозволено задать координатами его концов. Разглядим для начала двухмерное пространство: пускай предисловие вектора находится в точке А (1, -3), а конец – в точке В (4, -5). Дабы обнаружить их проекции, опустите перпендикуляры на ось абсцисс и ординат.

4. Определите проекции самого вектора , которые дозволено вычислить по формуле:АВх = (xb – xa) = 3;ABy = (yb – ya) = -2, где:ABx и ABy – проекции вектора на оси Ох и Оу;xa и xb – абсциссы точек А и В;ya и yb – соответствующие ординаты.

5. В графическом изображении вы увидите прямоугольный треугольник, образованный катетами с длинами, равными проекциям вектора . Гипотенузой треугольника является величина, которую необходимо вычислить, т.е. модуль вектора . Примените теорему Пифагора:|АВ|? = ABx? + ABy? ? |AB| = ?((xb – xa)? + (yb – ya)?) = ?13.

6. Видимо, что для трехмерного пространства формула усложняется путем добавления третьей координаты – аппликат zb и za для концов вектора :|AB| = ?((xb – xa)? + (yb – ya)? + (zb – za)?).

7. Пускай в рассмотренном примере za = 3, zb = 8, тогда:zb – za = 5;|AB| = ?(9 + 4 + 25) = ?38.

Видео по теме

Для того дабы определить модуль точечных зарядов идентичной величины, измерьте силу их взаимодействия и расстояние между ними и произведите расчет. Если же необходимо обнаружить модуль заряда отдельных точечных тел, вносите их в электрическое поле с вестимой напряженностью и измеряйте силу, с которой поле действует на эти заряды.

Вам понадобится

• – крутильные весы;
• – линейка;
• – калькулятор;
• – измеритель электростатического поля.

Инструкция

1. Если есть два идентичных по модулю заряда, измерьте силу их взаимодействия при помощи крутильных весов Кулона, которые единовременно являются эмоциональным динамометром. Позже того, как заряды придут в баланс, и проволока весов скомпенсирует силу электрического взаимодействия, на шкале весов зафиксируйте значение этой силы. Позже этого при помощи линейки, штангенциркуля, либо по особой шкале на весах обнаружьте расстояние между этими зарядами. Рассматривайте, что разноименные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются. Силу измеряйте в Ньютонах, а расстояние в метрах.

2. Рассчитайте значение модуля одного точечного заряда q. Для этого силу F, с которой взаимодействуют два заряда, поделите на показатель 9 10^9. Из полученного итога извлеките квадратный корень. Итог умножьте на расстояние между зарядами r, q=r ?(F/9 10^9). Заряд получите в Кулонах.

3. Если заряды неодинаковые, то один из них должен быть предварительно знаменит. Силу взаимодействия знаменитого и неведомого заряда и расстояние между ними определите при помощи крутильных весов Кулона. Рассчитайте модуль неведомого заряда. Для этого силу взаимодействия зарядов F, поделите на произведение показателя 9 10^9 на модуль знаменитого заряда q0. Из получившегося числа извлеките квадратный корень и умножьте итог на расстояние между зарядами r; q1=r ?(F/(9 10^9 q2)).

4. Определите модуль незнакомого точечного заряда, внеся его в электростатическое поле. Если его напряженность в данной точке заблаговременно незнакома, внесите в нее датчик измерителя электростатического поля. Напряженность измеряйте в вольтах на метр. Внесите в точку с вестимой напряженностью заряд и с поддержкой эмоционального динамометра измерьте силу в Ньютонах, действующую на него. Определите модуль заряда, поделив значение силы F на напряженность электрического поля E; q=F/E.

Видео по теме

Обратите внимание!
Вектор напряженности имеет лишь одно направление в всякой точке пространства, следственно линии напряженности никогда не пересекаются.

>>Физика: Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей

Недостаточно утверждать, что электрическое поле существует. Надо ввести количественную характеристику поля. После этого электрические поля можно будет сравнивать друг с другом и продолжать изучать их свойства.
Электрическое поле обнаруживается по силам, действующим на заряд. Можно утверждать, что мы знаем о поле все, что нам нужно, если будем знать силу, действующую на любой заряд в любой точке поля.
Поэтому надо ввести такую характеристику поля, знание которой позволит определить эту силу.
Если поочередно помещать в одну и ту же точку поля небольшие заряженные тела и измерять силы, то обнаружится, что сила, действующая на заряд со стороны поля, прямо пропорциональна этому заряду. Действительно, пусть поле создается точечным зарядомq 1 . Согласно закону Кулона (14.2) на заряд q 2 действует сила, пропорциональная заряду q 2 . Поэтому отношение силы, действующей на помещаемый в данную точку поля заряд, к этому заряду для каждой точки поля не зависит от заряда и может рассматриваться как характеристика поля. Эту характеристику называютнапряженностью электрического поля. Подобно силе, напряженность поля – векторная величина ; ее обозначают буквой . Если помещенный в поле заряд обозначить через q вместо q 2 , то напряженность будет равна:

Напряженность поля в данной точке равна отношению силы, с которой поле действует на точечный заряд, помещенный в эту точку, к этому заряду.
Отсюда сила, действующая на заряд q со стороны электрического поля, равна:

Направление вектора совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд, и противоположно направлению силы, действующей на отрицательный заряд.
Напряженность поля точечного заряда. Найдем напряженность электрического поля, создаваемого точечным зарядом q 0 . По закону Кулона этот заряд будет действовать на положительный заряд q с силой, равной

Модуль напряженности поля точечного заряда q 0 на расстоянии r от него равен:

Вектор напряженности в любой точке электрического поля направлен вдоль прямой, соединяющей эту точку и заряд (рис.14.7 ) и совпадает с силой, действующей на точечный положительный заряд, помещенный в данную точку.

Принцип суперпозиции полей . Если на тело действует несколько сил, то согласно законам механики результирующая сила равна геометрической сумме этих сил:

На электрические заряды действуют силы со стороны электрического поля. Если при наложении полей от нескольких зарядов эти поля не оказывают никакого влияния друг на друга, то результирующая сила со стороны всех полей должна быть равна геометрической сумме сил со стороны каждого поля. Опыт показывает, что именно так и происходит на самом деле. Это означает, что напряженности полей складываются геометрически.
если в данной точке пространства различные заряженные частицы создают электрические поля, напряженности которых и т. д., то результирующая напряженность поля в этой точке равна сумме напряженностей этих полей:

причем напряженность поля, создаваемая отдельным зарядом, определяется так, как будто других зарядов, создающих поле, не существует.
Благодаря принципу суперпозиции для нахождения напряженности поля системы заряженных частиц в любой точке достаточно знать выражение (14.9) для напряженности поля точечного заряда. На рисунке 14.8 показано, как определяется напряженность поля в точке A , созданная двумя точечными зарядами q 1 и q 2 , q 1 >q 2

Введение электрического поля позволяет разделить задачу вычисления сил взаимодействия заряженных частиц на две части. Сначала вычисляют напряженность поля, созданного зарядами, а затем по известной напряженности определяют силы. Такое разделение задачи на части обычно облегчает расчеты сил.

???
1. Что называется напряженностью электрического поля?
2. Чему равна напряженность поля точечного заряда?
3. Как направлена напряженность поля зарядаq 0 , если q 0 >0 ? если q 0 <0 ?
4. Как формулируется принцип суперпозиции полей?

Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский, Физика 10 класс

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку,