Мета уроку:дати поняття напруженості електричного поля та її визначення у будь-якій точці поля.

Завдання уроку:

• формування поняття напруги електричного поля; дати поняття про лінії напруженості та графічне уявлення електричного поля;
• навчити учнів застосовувати формулу E=kq/r 2 у вирішенні нескладних завдань на розрахунок напруженості.

Електричне поле – це особлива формаматерії, про існування якої можна судити лише з її дії. Експериментально доведено, що є два роду зарядів, навколо яких існують електричні поля, що характеризуються силовими лініями.

Графічно зображуючи поле слід пам'ятати, що лінії напруженості електричного поля:

1. ніде не перетинаються один з одним;
2. мають початок на позитивному заряді (або в нескінченності) і кінець на негативному (або в нескінченності), тобто є незамкнутими лініями;
3. між зарядами ніде не перериваються.

Рис.1

Силові лінії позитивного заряду:

Рис.2

Силові лінії негативного заряду:

Рис.3

Силові лінії однойменних зарядів, що взаємодіють:

Рис.4

Силові лінії різноіменних зарядів, що взаємодіють:

Рис.5

Силовий характеристикою електричного поля є напруженість, яка позначається буквою Е і має одиниці виміру або . Напруженість є векторною величиною, оскільки визначається ставленням сили Кулона до величини одиничного позитивного заряду

В результаті перетворення формули закону Кулона та формули напруженості маємо залежність напруженості поля від відстані, на якій вона визначається щодо даного заряду

де: k- Коефіцієнт пропорційності, значення якого залежить від вибору одиниць електричного заряду.

У системі СІ Нм 2 /Кл 2 ,

де ε 0 - Електрична постійна, рівна 8,85 · 10 -12 Кл 2 / Н · м 2;

q - електричний заряд (Кл);

r – відстань від заряду до точки, у якій визначається напруженість.

Напрямок вектора напруженості збігається із напрямом сили Кулона.

Електричне поле, напруженість якого однакова у всіх точках простору, називається однорідним. В обмеженій ділянці простору електричне поле можна вважати приблизно однорідним, якщо напруженість поля всередині цієї області змінюється незначно.

Загальна напруженість поля кількох взаємодіючих зарядів дорівнюватиме геометричній сумі векторів напруженості, в чому і полягає принцип суперпозиції полів:

Розглянемо кілька випадків визначення напруги.

1. Нехай взаємодіють два різноіменні заряди. Помістимо точковий позитивний заряд між ними, тоді в цій точці діятимуть два вектори напруженості, спрямовані в один бік:

Відповідно до принципу суперпозиції полів загальна напруженість поля в даній точці дорівнює геометричній сумі векторів напруженості Е31 і Е32.

Напруженість у цій точці визначається за формулою:

Е = kq 1 / x 2 + kq 2 / (r - x) 2

де: r – відстань між першим та другим зарядом;

х – відстань між першим та точковим зарядом.

Рис.6

2. Розглянемо випадок, коли необхідно знайти напруженість у точці віддаленої на відстань, а від другого заряду. Якщо врахувати, що поле першого заряду більше, ніж поле другого заряду, то напруженість у цій точці поля дорівнює геометричній різниці напруженості Е31 і Е32.

Формула напруженості у цій точці дорівнює:

Е = kq1/(r + a) 2 – kq 2 /a 2

Де: r – відстань між зарядами, що взаємодіють;

а – відстань між другим та точковим зарядом.

Рис.7

3. Розглянемо приклад, коли необхідно визначити напруженість поля в деякій віддаленості від першого і від другого заряду, в даному випадку на відстані r від першого і на відстані b від другого заряду. Так як однойменні заряди відштовхуються, а різноіменні притягуються, маємо два вектори напруженості, що виходять з однієї точки, то для їх складання можна застосувати метод протилежного кута паралелограма буде сумарним вектором напруженості. Алгебраїчну суму векторів знаходимо з теореми Піфагора:

Е = (Е 31 2 +Е 32 2) 1/2

Отже:

Е = ((kq 1 /r 2) 2 + (kq 2 /b 2) 2) 1/2

Рис.8

Виходячи з даної роботи, слід, що напруженість у будь-якій точці поля можна визначити, знаючи величини зарядів, що взаємодіють, відстань від кожного заряду до даної точки і електричну постійну.

4. Закріплення теми.

Перевірочна робота.

Варіант №1.

1. Продовжити фразу: “Електростатика – це …

2. Продовжити фразу: електричне поле – це ….

3. Як спрямовані силові лінії напруженості заряду?

4. Визначити знаки зарядів:

Завдання додому:

1. Два заряди q 1 = +3·10 -7 Кл і q 2 = −2·10 -7 Кл знаходяться у вакуумі на відстані 0,2 м один від одного. Визначте напруженість поля в точці С, розташованої на лінії, що з'єднує заряди, на відстані 0,05 м праворуч від заряду q 2 .

2. У деякій точці поля на заряд 5·10 -9 Кл діє сила 3·10 -4 Н. Знайти напруженість поля в цій точці та визначте величину заряду, що створює поле, якщо точка віддалена від нього на 0,1 м.

електричного поля

Електричне поле (Статичне) - поленерухомих , електрично заряджених тіл,заряди яких не змінюються в часі.

Електричне поле виявляється як силова взаємодія заряджених тіл.

При цьому розрізняють позитивні та негативні заряди. (види зарядів )

Заряди одного знака відштовхуються один від одного, різного знака притягуються. (взаємодія зарядів)

В основі опису властивостей електричного поля лежить закон Кулона, встановлений досвідченим шляхом.

Закон Кулону . Між точковими зарядами, що покояться, діє сила, пропорційна добутку зарядів, обернено пропорційна квадрату відстані між ними і спрямована по прямій від одного заряду до іншого(Рис. 1.1):

(1.1)

де F, - сила, що діє на заряд q

r 2 - квадрат відстані між зарядами q 1 і q 2

F 2 - сила, що діє на заряд q 2

r 0 21 - одиничний вектор, спрямований від другого заряду до першого;

е 0 = 8,854 10-12 Ф/м - електрична постійна.

Точковими зарядами можна вважати заряджені тіла, розміри яких малі порівняно з відстанню між ними.

Основні одиниці виміру :

сили у міжнародній системі одиниць (СІ) - Ньютон(Н);

заряду - кулон(Кл): 1 Кл = 1 А;

довжини - метр(М).

Основними величинами, що характеризують електричне поле , є

напруженість,

електричний потенціалі

різницю потенціалів, або напруга

Напруженістю електричного поля називається міра інтенсивності його сил, що дорівнює відношенню силиF , що діє на пробний покладиточний точковий зарядq, вноситься в точку поля, що розглядається, до значення заряду

(1.2)

Як і сила F, напруженість електричного поля ε - Векторна величина, тобто. характеризується значенням та напрямком дії.

Основна одиниця виміру напруженості електричного поля в СІ - вольт на метр(В/м).

З формули (1.1) випливає, що напруженість електричного поля точкового заряду q на відстані r від нього дорівнює

(1-3)

і спрямована від точки розташування заряду до точки, де визначається напруженість, якщо позитивний заряд (рис. 1.2, а),

Рис. 1.2, а

і на протилежний бік, якщо заряд негативний (рис. 1.2, б).

1.2 б

Якщо зарядів, що створюють електричне поле, кілька, то напруженість у будь-якій точці поля дорівнює геометричній сумі напруженостей від кожного окремо. ( напруженість електростатичного полякількох зарядів )

приклад 1.1. Визначити значення та напрямок дії напруженості електричного поля в точці А,розташованої на відстанях r 1 = 1м і r 2 = 2 м від точкових зарядів

q 1 = 1,11 10 -10 Кл і q 2 = -4,44- 10 -10 Кл (рис. 1.3).

Рішення.За формулою (1.3) визначаємо напруженість електричного поля у точці А від дії "точкових зарядів q 1 = і q 2

Напрями векторів напруженості збігаються з напрямками дії сил на пробний позитивний точковий заряд, якщо його розташувати в точці А .

Напруженість результуючого електричного поля в точці Аспрямована вздовж гіпотенузи прямокутного трикутника, катетами якого є вектори напруженостей і має значення

Можна говорити про поле вектор і зображати це поле лініями вектора -силовими лініями .

Якщо напруженість електричного поля у всіх точках однакова, то поле однорідне , наприклад поле рівномірно зарядженої плоскої пластини нескінченних розмірів (рис. 1.4),

а якщо різна, то поле неоднорідне , наприклад, поле двох точкових зарядів (рис. 1.5).

При переміщенні вздовж довільної ділянки довжиною заряду q в електричному полі під дією сил поля F відбувається робота

При цьому робота з перенесення заряду вздовж довільного замкнутого контуру дорівнює нулю .

Дійсно, тому що всі властивості поля визначаються відносним розташуванням зарядів, то перенесення заряду по замкнутому контуру та поверненню у вихідну точку означає початкові розподіл зарядів та запас енергії. Це означає також, що з урахуванням (1.4) циркуляція вектора напруженості дорівнює нулю

Умова (1.5) дозволяє характеризувати електричне поле у ​​кожній точці функцією її координат - електричним потенціалом .

Електричний потенціал у цій точці електричного поля з урахуванням (1.4) чисельно дорівнює роботі, яку можуть здійснити сили електричного поля при перенесенні одиничного позитивного заряду з цієї точки до точки, потенціал якої прийнятий рівним нулю.

Різниця потенціалівдвох точок 1 та 2, або напруга між точками 1 і 2, електричного поля

(1.7)

чисельно дорівнює роботі, яку можуть здійснити сили електричного поля при перенесенні одиничного позитивного заряду з точки1 в точку2 .

Одиниця виміру електричного потенціалу в СІ - вольт(В).

Закон кулону

Точковим зарядом

0 тобто.

Проведемо радіус-вектор r r від заряду qдо q r r. Він дорівнює r r /r.

Відношення сили F q напруженістю і позначають через E r. Тоді:

1 Н/Кл = 1/1 Кл,тобто. 1 Н/Кл-

Напруженість поля точкового заряду.

Знайдемо напруженість Eелектростатичного поля, створюваного точковим зарядом q, що знаходяться в однорідному ізотропному діелектрику, в точці, що віддаляється від нього, на відстані r. Подумки помістимо в цю точку пробний заряд q 0 . Тоді .

Звідси отримуємо, що

радіус-вектор, проведений від заряду qдо точки, в якій визначається напруженість поля. З останньої формули випливає, що модуль напруженості поля:

Таким чином, модуль напруженості в будь-якій точці електростатичного поля, створюваного точковим зарядом у вакуумі, пропорційний величині заряду і назад пропорційний квадрату відстані від заряду до точки, в якій визначається напруженість.

Суперпозиція полів

Якщо електричне поле створюється системою точкових зарядів, то його напруженість дорівнює векторної сумі напруженостей полів, створюваних кожним зарядом окремо, тобто. . Це співвідношення носить назву принципу суперпозиції (накладення) полів. З принципу суперпозиції по-лей слід також, що потенціал ϕ, створюваний системою точкових зарядів у певній точці, дорівнює сумі алгебри потенціалів , створюваних у цій же точці кожним зарядом окремо, тобто. Знак потенціалу збігається зі знаком заряду q iокремих зарядів системи.

Лінії напруженості

Для наочного зображення електричного поля користуються лініями напруженості або силовими лініями , тобто. лініями, у кожній точці яких вектор напруженості електричного поля спрямований щодо до них. Найбільш просто це можна усвідомити на прикладі однорідного електростатичного поля, тобто. поля, у кожній точці якого напруженість однакова за модулем і напрямом. У цьому випадку лінії напруженості проводяться так, щоб кількість ліній ФЕ, що проходять через одиницю площі плоского майданчика S, розташованої перпендикулярно до цих

лініям, дорівнювало б модулю Eнапруги цього поля, тобто.

Якщо поле неоднорідне, то треба вибрати елементарний майданчик dS, Перпендикулярну до ліній напруженості, в межах якої напруженість поля можна вважати постійною.

де dФ E - число ліній напруженості, що пронизують цей майданчик, тобто. модуль напруженості електричного поля дорівнює кількості ліній напруженості, що припадають на одиницю площі майданчика, перпендикулярної до неї.

Теорема гауса

Теорема: потік напруженості електростатичного поля через будь-яку замкнуту поверхню дорівнює сумі алгебри зарядів, укладених усередині неї, поділеної на електричну постійну і діелектричну проникність середовища.

Якщо інтегрування проводиться у всьому обсязі V, За яким розподілений заряд. Тоді при безперервному розподілі заряду на деякій поверхні SТеорема Гауса записується у вигляді:

У разі об'ємного розподілу:

Теорема Гауса пов'язує між собою величину заряду і напруженість поля, яке створюється. Цим і визначається значення даної теореми в електростатиці, оскільки вона дозволяє розраховувати напруженість, знаючи розташування зарядів у просторі.

Циркуляція електр.поля.

З виразу

слід також, що при переносі заряду по замкнутому шляху, тобто, коли заряд повертається у вихідне положення, r 1 = r 2 та A 12 = 0. Тоді запишемо

Сила, що діє на заряд q 0, дорівнює. Тому останню формулу перепишемо у вигляді

Повстання електростатичного поля на напрямок Розділивши обидві частини цієї рівності на q 0 , знаходимо:

Перша рівність – це циркуляція напруженості електричного поля .

Конденсатори

Конденсатори являють собою два провідники, дуже близько розташовані один до одного і розділені шаром діелектрика. Електроємність конденсатора - здатність конденсатора накопичувати на собі заряди. тобто. ємністю конденсатора називається фізична величина, рівна відношенню заряду конденсатора до різниці потенціалів між його обкладками.Ємність конденсатора, як і ємність провідника, вимірюється у фарадах (Ф): 1 Ф - це ємність такого конденсатора, при повідомленні якого заряду в 1 Кл, різниця потенціалів між його обкладками змінюється на 1 Ст.

Енергія електр. поля

Енергія заряджених провідників запасена як електричного поля. Тому доцільно висловити її через напруженість, що характеризує поле. Це найпростіше зробити для плоского конденсатора. У цьому випадку , де d- відстань між обкладками, та . Тут ε0 - електрична постійна, ε - діелектрична проникність діелектрика, що заповнює конденсатор, S- площу кожної обкладки. Підставляючи ці висловлювання, отримуємо Тут V = Sd- Обсяг, займаний полем, рівний обсягуконденсатора.

Робота та потужність струму.

Роботою електричного струмуназивається робота, яку здійснюють сили електричного поля, створеного в електричному ланцюзі, при переміщенні заряду по цьому ланцюзі.

Нехай до кінців провідника прикладена постійна різниця потенціалів (напруга) U =ϕ1− ϕ2.

A = q(ϕ1−ϕ2) = qU.

З урахуванням цього отримуємо

Застосовуючи закон Ома для однорідної ділянки ланцюга

U = IR, де R- Опір провідника, запишемо:

A = I 2 Rt.

Робота A, скоєна за час t, Дорівнюватиме сумі елементарних робіт, тобто.

За визначенням потужність електричного струму дорівнює P = A/t. Тоді:

У системі одиниць СІ робота та потужність електричного струму вимірюються відповідно в джоулях та ватах.

Закон Джоуля-Ленца.

Електрони, що рухаються в металі під дією електричного поля, як зазначалося, безперервно стикаються з іонами кристалічних ґрат, Передаючи їм свою кінетичну енергію впорядкованого руху. Це призводить до збільшення внутрішньої енергії металу, тобто. для його нагрівання. Відповідно до закону збереження енергії, вся робота струму Aйде на виділення кількості теплоти Q, тобто. Q = A. Знаходимо Це співвідношення називають законом Джоуля − Ленця .

Закон повного струму.

Циркуляція індукції магнітного поляза довільним замкнутим контуром дорівнює добутку магнітної постійної, магнітної проникності на алгебраїчну суму сил струмів, що охоплюються цим контуром.

Силу струму можна знайти, використовуючи щільність струму j:

де S- Площа поперечного перерізу провідника. Тоді закон повного струму записується як:

Магнітний потік.

Магнітним потоком через деяку поверхнюназивають число ліній магнітної індукції, що пронизують її.

Нехай у неоднорідному магнітному полі знаходиться поверхня площею S. Для знаходження магнітного потоку через неї подумки розділимо поверхню на елементарні ділянки площею dS, які вважатимуться плоскими, а полі у межах однорідним. Тоді елементарний магнітний потік dФ B через цю поверхню дорівнює:

Магнітний потік через всю поверхню дорівнює суміцих потоків: , тобто:

. У системі одиниць СІ магнітний потік вимірюється у веберах (Вб).

Індуктивність.

Нехай по замкнутому контуру тече постійний струм силою I. Цей струм створює навколо себе магнітне поле, яке пронизує площу, що охоплюється провідником, створюючи магнітний потік. Відомо, що магнітний потік Ф B пропорційний модулю індукції магнітного поля B, а модуль індукції магнітного поля, що виникає навколо провідника зі струмом, пропорційний силі струму I.З цього випливає Ф B ~ B ~ I, тобто. Ф B = LI.

Коефіцієнт пропорційності L між силою струму та магнітним потоком, створюваним цим струмом через площу, обмежену провідником, називають індуктивністю провідника .

У системі одиниць СІ індуктивність вимірюється в генрі (Гн).

Індуктивність соленоїда.

Розглянемо індуктивність соленоїда завдовжки l, з поперечним перерізом Sі з загальним числомвитків N, Заповненого речовиною з магнітною проникністю μ. При цьому візьмемо соленоїд такої довжини, щоб його можна було розглядати як довгий. При протіканні по ньому струму силою Iусередині нього створюється однорідне магнітне поле, спрямоване перпендикулярно до площин витків. Модуль магнітної індукції цього поля знаходиться за формулою

B =μ0μ nI,

Магнітний потік Ф B через будь-який виток соленоїда дорівнює Ф B = BS(див. (29.2)), а повний Ψ потік через всі витки соленоїда дорівнюватиме сумі магнітних потоків через кожен виток, тобто. Ψ = NФ B = NBS.

N = nl, отримуємо: Ψ = μ0μ = n 2 lSI =μ0μ n 2 VI

Приходимо до висновку, що індуктивність соленоїда дорівнює:

L =μμ0 n 2 V

Енергія магнітного поля.

Нехай в електричному ланцюзі протікає постійний струм силою I. Якщо відключити джерело струму та замкнути ланцюг (перемикач Пперевести у становище 2 ), то в ній деякий час тектиме спадаючий струм, обумовлений е.д.с. самоіндукції .

Елементарна робота, що здійснюється е.р.с. самоіндукції з перенесення по ланцюгу елементарного заряду dq = I dt, дорівнює Сила струму змінюється від Iдо 0. Тому, інтегруючи цей вираз у зазначених межах, отримуємо роботу, яку виконує е.р.с. самоіндукції за час, протягом якого відбувається зникнення магнітного поля: . Ця робота витрачається збільшення внутрішньої енергії провідників, тобто. на їхнє нагрівання. Здійснення цієї роботи супроводжується також зникненням магнітного поля, яке спочатку існувало навколо провідника.

Енергія магнітного поля, що існує навколо провідників зі струмом, дорівнює

W B = LI 2 / 2.

отримуємо, що

Магнітне поле всередині соленоїда однорідне. Тому об'ємна щільність енергії w B магнітного поля, тобто. енергія одиниці обсягу поля, всередині соленоїда дорівнює .

Вихрове електр. поле.

Із закону Фарадея для електромагнітної індукції випливає, що при будь-якій зміні магнітного потоку, що пронизує пло-ща, охоплювану провідником, у ньому виникає е.р.с. індукціїпід дією якої у провіднику з'являється індукційний струм, якщо провідник замкнутий.

Для пояснення е.р.с. індукції Максвел висунув гіпотезу, що змінне магнітне поле створює в навколишньому просторі електричне поле. Це полі діє вільні заряди провідника, наводячи в упорядкований рух, тобто. створюючи індукційний струм. Таким чином, замкнутий провідний контур є своєрідним індикатором, за допомогою якого виявляється це електричне поле. Позначимо напруженість цього поля через E r. Тоді е.р.с. індукції

відомо, що циркуляція напруженості електростатичного поля дорівнює нулю, тобто.

Слід, тобто. електричне поле, що збуджується магнітним полем, що змінюється з часом, є вихровим(не потенційним).

Слід зазначити, що лінії напруженості електростатичного поля починаються та закінчуються на зарядах, що створюють поле, а лінії напруженості вихрового електричного поля завжди замкнуті.

Струм зміщення

Максвел висловив гіпотезу, що змінне магнітне поле створює вихрове електричне поле. Він зробив і зворотне припущення: змінне електричне поле має викликати виникнення магнітного поля. Надалі ці обидві гіпотези отримали експериментальне підтвердження у дослідах Герца. Поява магнітного поля при зміні електричного поля можна трактувати так, ніби в просторі виникає електричний струм. Цей струм був названий Максвеллом струмом усунення .

Струм зміщення може виникати у вакуумі чи діелектриці, а й у провідниках, якими тече змінний струм. Однак у разі він зневажливо малий проти струмом провідності.

Максвел ввів поняття повного струму. Сила Iповного струму дорівнює сумі сил Iпри і Iсм струмів провідності та усунення, тобто. I= Iпр+ Iдив. Отримуємо:

Рівняння Максвелла.

Перше рівняння.

З цього рівняння випливає, що джерелом електричного поля є магнітне поле, що змінюється з часом.

Друге рівняння Максвелла.

Друге рівняння.Закон повного струму Це рівняння показує, що магнітне поле може створюватися як зарядами, що рухаються ( електричним струмом), і змінним електричним полем.

Коливання.

Коливанняминазиваються процеси, що характеризуються певною повторюваністю з часом. Процес поширення коливань у просторіназивають хвилею . Будь-яка система, здатна коливатися або в якій можуть відбуватися коливання, називається коливальної . Вагання, що відбуваються в коливальній системі, виведеної зі стану рівноваги та представленої самої собі, називають вільними коливаннями .

Гармонійні коливання.

Гармонічними коливаннями називаються коливання, в яких фізична величина, що коливається, змінюється за законом Sin або Cos. Амплітуда - це найбільше значення, яке може приймати величина, що коливається. Рівняння гармонійних коливань: і

теж тільки з синусом. Періодом незагасних коливань називають час одного повного коливання. Число коливань, що здійснюються в одиницю часу, називається частотою коливань . Частота коливань вимірюється у герцах (Гц).

Коливальний контур.

Електричний ланцюг, що складається з індуктивності та ємності, називають коливальним контуром

Повна енергія електромагнітних коливаньв контурі є постійна величина, точно також як повна енергія механічних коливань.

При ваганнях завжди кине. енергія перетворюється на потенційну і навпаки.

Енергія Wколивального контуру складається з енергії W E електричного поля конденсатора та енергії W B магнітного поля індуктивності

Загасні коливання.

Процеси, що описуються рівнянням можна вважати коливальними. Їх називають загасаючими коливаннями . Найменший проміжокчасу Tчерез який повторюються максимуми (або мінімуми) називають періодом загасаючих коливань. Вираз розглядають як амплітуду загасаючих коливань. Величина A 0 являє собою амплітуду коливання в момент часу t = 0, тобто. це початкова амплі-туди загасаючих коливань. Величина β, від якої залежить зменшення амплітуди, називається коефіцієнтом згасання .

Тобто. коефіцієнт загасання обернено пропорційний часу, за який амплітуда загасаючих коливань зменшується в e раз.

Хвилі.

Хвиля- це процес поширення коливань (обурення) у просторі.

Область простору, всередині якої відбуваються коливання, називається хвильовим полем .

Поверхня, відокремлюючу хвильове поле від області, де вагань ще немає, називають фронтом хвилі .

Лінії, уздовж яких відбувається поширення хвилі, називаються променями .

Звукові хвилі.

Звук є коливання повітря чи іншого пружного середовища, сприймані нашими органами слуху. Звукові коливання, що сприймаються людським вухом, мають частоти, що лежать в межах від 20 до 20000 Гц. Коливання із частотами менше 20 Гц називаються інфразвуковими , а більше 20 кГц - ультразвуковими .

Характеристики звуку.Звук у нас асоціюється зазвичай з його слуховим сприйняттям, з відчуттями, що виникають у свідомості людини. У зв'язку з цим можна виділити три його основні характеристики: висоту, якість та гучність.

Фізичною величиною, Що характеризує висоту звуку, є частота коливань звукової хвилі.

Для характеристики якості звуку в музиці використовують терміни тембр або тональне забарвлення звуку. Якість звуку можна пов'язати із фізично вимірними величинами. Воно визначається наявністю обертонів, їх числом та амплітудами.

Гучність звуку пов'язана з величиною, що фізично вимірюється - інтенсивністю хвилі. Вимірюється у білах.

Закони теплового випромінювання

Закон Стефана – Больцмана- Закон випромінювання абсолютно чорного тіла. Визначає залежність потужності випромінювання чорного тіла від його температури. Формулювання закону:

Закон випромінювання Кірхгофа

Відношення випромінювальної здатності будь-якого тіла до його поглинальної здатності однаково для всіх тіл при даній температурі для даної частоти і не залежить від їхньої форми та хімічної природи.

Довжина хвилі, коли енергія випромінювання абсолютно чорного тіла максимальна, визначається законом усунення Вина: де T- температура в кельвінах, а max - довжина хвилі з максимальною інтенсивністю в метрах.

Будова атома.

Досліди Резерфорда та його співробітників привели до висновку, що в центрі атома знаходиться щільне позитивно заряджене ядро, діаметр якого не перевищує 10-14-10-15 м.

Вивчаючи розсіювання альфа-часток при проходженні через золоту фольгу, Резерфорд дійшов висновку, що весь позитивний заряд атомів зосереджений у тому центрі у дуже потужному і компактному ядрі. А негативно заряджені частинки (електрони) обертаються довкола цього ядра. Ця модель докорінно відрізнялася від широко поширеної тоді моделі атома Томсона, у якій позитивний заряд рівномірно заповнював весь обсяг атома, а електрони були вкраплені в нього. Дещо пізніше модель Резерфорда отримала назву планетарної моделі атома (вона дійсно схожа на Сонячну систему: важке ядро ​​- Сонце, а електрони, що обертаються навколо нього, - планети).

Атом- найменша хімічно неподільна частина хімічного елемента, яка є носієм його властивостей. Атом складається з атомного ядрата електронів. Ядро атома складається з позитивно заряджених протонів та незаряджених нейтронів. Якщо число протонів у ядрі збігається з числом електронів, то атом загалом виявляється електрично нейтральним. В іншому випадку він має деякий позитивний або негативний заряд і називається іоном. Атоми класифікуються за кількістю протонів і нейтронів у ядрі: кількість протонів визначає приналежність атома до деякого хімічному елементуа число нейтронів - ізотопу цього елемента.

Атоми різного виду в різних кількостях, пов'язані міжатомними зв'язками, утворюють молекули

Запитання:

1. електростатика

2. закон збереження електричного заряду

3. закон кулону

4. електричне поле.напруженість електричного поля

6. суперпозиція полів

7. лінії напруженості

8. потік-вектор напруженості електр.

9. теорема гауса для електростатич.поля

10. теорема гауса

11. циркуляція електр. поля

12. потенціал. Різниця потенціалів електростатич.

13. зв'язок між напругою поля та потенціалом

14. конденсатори

15. енергія зарядженого конденсатора

16. енергія електро поля

17. опір провідника. Закон ома для частка ланцюга

18. закон ома для ділянки провідника

19. джерела електроструму. Електрорушійна сила

20. робота та потужність струму

21. закон джоуля ленца

22. магнітне поле. індукція магнітного поля

23. закон повного струму

24. магнітний потік

25. теорема гауса для магнітного поля

26. робота з переміщення провідника зі струмом в магніт полі

27. явище електромагніт індукції

28. індуктивність

29. індуктивність соленоїда

30. явище та закон самоіндукції

31. енергія магнітного поля

32. вихрове електро поле

33. Струм зміщення

34. рівняння максвела

35. друге рівняння максвела

36. третє і четверте рівняння максвлла

37. коливання

38. гармонійні коливання

39. коливальний контур

40. затухаючі коливання

41. Вимушені коливання. Явище резонансу

43. Рівняння плоскої монохроматич хвилі

44. звукові хвилі

45. хвильові та корпускулярні властивості світла

46. ​​Теплове випромінювання та його характеристики.

47. Закони теплового випромінювання

48. Будова атома.

Закон кулону

Сила взаємодії є так званих точкових зарядів.

Точковим зарядомназивається заряджене тіло, розміри якого зневажливо малі в порівнянні з відстанню до інших заряджених тіл, з якими воно взаємодіє.

Закон взаємодії точкових зарядів було відкрито Кулоном і формулюється так: модуль F сили взаємодії між двома нерухомими зарядами q і q 0 пропорційний добутку цих зарядів, обернено пропорційний квадрату відстані r між ними, тобто.

де ε0 – електрична постійна, ε – діелектрична проникність, що характеризує середовище. Ця сила спрямована вздовж прямої лінії, що з'єднує заряди. Електрична стала дорівнює ε0 = 8,85⋅10–12 Кл2/(Н⋅м2) або ε0 = 8,85⋅10–12 Ф/м, де фарад (Ф) одиниця електроємності. Закон Кулона у векторній формі запишеться:

Проведемо радіус-вектор r r від заряду qдо q 0. Введемо одиничний вектор, спрямований у той самий бік, як і вектор r r. Він дорівнює r r /r.

Електричне поле. напруженість електричного поля

Відношення сили F r, що діє на заряд, до величини q 0 цього заряду є постійним для всіх зарядів, що вносяться, незалежно від їх величини. Тому це ставлення беруть за характеристику електричного поля в даній точці. Її називають напруженістю і позначають через E r. Тоді:

1 Н/Кл = 1/1 Кл,тобто. 1 Н/Кл- напруженість у такій точці поля, в якій на заряд 1 Кл діє сила 1 Н.

Визначення

Вектор напруженості- Це силова характеристика електричного поля. У деякій точці поля, напруженість дорівнює силі, з якою поле діє одиничний позитивний заряд, розміщений у зазначеній точці, при цьому напрям сили і напруженості збігаються. Математичне визначення напруженості записується так:

де - сила, з якою електричне поле діє на нерухомий, «пробний», точковий заряд q, який розміщують у точці поля, що розглядається. При цьому вважають, що пробний заряд малий на стільки, що не спотворює досліджуваного поля.

Якщо поле є електростатичним, його напруженість від часу залежить.

Якщо електричне поле є однорідним, його напруженість у всіх точках поля однакова.

Графічно-електричні поля можна зображувати за допомогою силових ліній. Силовими лініями (лініями напруженості) називають лінії, що стосуються яких у кожній точці збігаються з напрямком вектора напруженості в цій точці поля.

Принцип суперпозиції напруженостей електричних полів

Якщо поле створено кількома електричними полями, то напруженість результуючого поля дорівнює векторній сумі напруженості окремих полів:

Припустимо, що поле створюється системою точкових зарядів та їх розподіл безперервно, тоді результуюча напруженість перебуває як:

інтегрування у виразі (3) проводять по всій галузі розподілу заряду.

Напруженість поля у діелектриці

Напруженість поля в діелектриці дорівнює векторній сумі напруженостей полів, створюваних вільними зарядами та пов'язаними (поляризаційними зарядами):

У тому випадку, якщо речовина, що оточує вільні заряди однорідний та ізотропний діелектрик, то напруженість дорівнює:

де - відносна діелектрична проникність речовини в досліджуваній точці поля. Вираз (5) означає те, що при заданому розподілі зарядів напруженість електростатичного поля в однорідному ізотропному діелектрику менше, ніж у вакуумі.

Напруженість поля точкового заряду

Напруженість поля точкового заряду дорівнює:

де Ф/м (система СІ) – електрична постійна.

Зв'язок напруженості та потенціалу

Загалом напруженість електричного поля пов'язана з потенціалом як:

де – скалярний потенціал; – векторний потенціал.

Для стаціонарних полів вираз (7) трансформується у формулу:

Одиниці виміру напруженості електричного поля

Основною одиницею вимірювання напруженості електричного поля у системі СІ є: [E]=В/м(Н/Кл)

Приклади розв'язання задач

приклад

Завдання.Яким є модуль вектора напруженості електричного поля в точці, яка визначена радіус- вектором (в метрах), якщо електричне поле створює позитивний точковий заряд (q=1Кл), який лежить у площині XOY і його положення задає радіус вектор (в метрах)?

Рішення.Модуль напруги електростатичного поля, що створює точковий заряд визначається формулою:

r-відстань від заряду, що створює поле до точки, в якій шукаємо поле.

З формули (1.2) випливає, що модуль дорівнює:

Підставимо в (1.1) вихідні дані та отриману відстань r, маємо:

Відповідь.

приклад

Завдання.Запишіть вираз для напруженості поля в точці, яка визначена радіус – вектором, якщо поле створюється зарядом, розподіленим за об'ємом V із щільністю .

Рішення.Зробимо малюнок.

Проведемо розбиття об'єму V на малі області з об'ємами зарядів цих об'ємів , тоді напруженість поля точкового заряду в точці А (рис.1) дорівнюватиме:

Для того, щоб знайти поле, яке створює все тіло в точці А, використовуємо принцип суперпозиції:

де N – число елементарних обсягів, куди розбивається обсяг V.

Щільність розподілу заряду можна виразити як:

З виразу (2.3) отримаємо:

Підставимо вираз для елементарного заряду у формулу (2.2), маємо:

Так як розподіл зарядів заданий безперервний, то якщо спрямувати до нуля, то можна перейти від підсумовування до інтегрування, тоді:

Фізична природаелектричного поля та його графічне зображення. У просторі навколо електрично зарядженого тіла існує електричне поле, що є одним із видів матерії. Електричне поле має запас електричної енергії, яка проявляється у вигляді електричних сил, що діють на заряджені тіла, що знаходяться в полі.

Рис. 4. Найпростіші електричні поля: а – одиночних позитивного та негативного зарядів; б – двох різноїменних зарядів; в – двох однойменних зарядів; г - двох паралельних і різноіменно заряджених пластин (однорідне поле)

Електричне полеумовно зображують як електричних силових ліній, які показують напрями дії електричних сил, створюваних полем. Прийнято направляти силові лінії у той бік, у якому рухалася в електричному полі позитивно заряджена частка. Як показано на рис. 4, електричні силові лінії розходяться в різні боки від позитивно заряджених тіл і сходяться біля тіл, що мають негативний заряд. Поле, створене двома плоскими різноіменно зарядженими паралельними пластинами (рис. 4, г), називається однорідним.
Електричне поле можна зробити видимим, якщо помістити в нього зважені в рідкій олії частинки гіпсу: вони повертаються вздовж поля, розташовуючи його силові лінії (рис. 5).

Напруженість електричного поля.Електричне поле діє на внесений до нього заряд q (рис. 6) з деякою силою F. Отже, про інтенсивність електричного поля можна судити за значенням сили, з якою притягується або відштовхується деякий електричний заряд, прийнятий за одиницю. В електротехніці інтенсивність поля характеризують напруженістю електричного поля Е. Під напруженістю розуміють відношення сили F, що діє на заряджене тіло в даній точці поля, до заряду цього тіла:

E = F/q(1)

Поле з великою напруженістюЕ зображується графічно силовими лініями великої густоти; поле з малою напруженістю – рідко розташованими силовими лініями. У міру віддалення від зарядженого тіла силові лінії електричного поля розташовуються рідше, тобто напруженість поля зменшується (див. рис. 4 а, б і в). Тільки однорідному електричному полі (див. рис. 4, г) напруженість однакова у всіх його точках.

Електричний потенціал. Електричне поле має певний запас енергії, тобто здатність виконувати роботу. Як відомо, енергію можна накопичити в пружині, для чого її потрібно стиснути або розтягнути. За рахунок цієї енергії можна отримати певну роботу. Якщо звільнити один із кінців пружини, то він зможе перемістити на деяку відстань пов'язане з цим кінцем тіло. Так само енергія електричного поля може бути реалізована, якщо внести до нього який-небудь заряд. Під дією сил поля цей заряд переміщатиметься у напрямку силових ліній, виконуючи певну роботу.
Для характеристики енергії, запасеної у кожній точці електричного поля, введено спеціальне поняття – електричний потенціал. Електричний потенціал? поля в даній точці дорівнює роботі, яку можуть здійснити сили цього поля при переміщенні одиниці позитивного заряду цієї точки за межі поля.
Поняття електричного потенціалу аналогічне поняттю рівня для різних точок. земної поверхні. Очевидно, що для підйому локомотива в точку Б (рис. 7) потрібно витратити велику роботу, ніж для підйому його в точку А. Тому локомотив, піднятий на рівень Н2, при спуску зможе здійснити велику роботу, ніж локомотив, піднятий на рівень Н2 нульовий рівень, від якого виробляється відлік висоти, зазвичай приймають рівень моря.

Так само за нульовий потенціал умовно приймають потенціал, який має поверхню землі.
Електрична напруга. Різні точки електричного поля мають різні потенціали. Зазвичай нас мало цікавить абсолютна величина потенціалів окремих точок електричного поля, але дуже важливо знати різницю потенціалів?1-?2 між двома точками поля А і Б (рис. 8). Різниця потенціалів ?1 і ?2 двох точок поля характеризує собою роботу, що витрачається силами поля на переміщення одиничного заряду з однієї точки поля з великим потенціалом в іншу точку з меншим потенціалом. Так само нас на практиці мало цікавлять абсолютні висотиН1і Н2 точок А і Б над рівнем моря (див. рис. 7), але для нас важливо знати різницю рівнів І між цими точками, так як на підйом локомотива з точки А в точку Б треба витратити роботу, яка залежить від величини Я. Різниця потенціалів між двома точками поля зветься електричної напруги. Електричну напругу позначають буквою U(і). Воно чисельно дорівнює відношенню роботи W, яку треба витратити на переміщення позитивного заряду q з однієї точки поля до іншої, до цього заряду, тобто.

U = W/q(2)

Отже, напруга U, що діє між різними точкамиелектричного поля, що характеризує запасену в цьому полі енергію, яка може бути віддана шляхом переміщення між цими точками електричних зарядів.
Електрична напруга - найважливіша електрична величина, що дозволяє обчислювати роботу та потужність, що розвивається при переміщенні зарядів в електричному полі. Одиницею електричної напруги є вольт (В). У техніці напруга іноді вимірюють у тисячних частках вольта - мілівольтах (мВ) та мільйонних частках вольта - мікровольтах (мкВ). Для виміру високих напругкористуються більшими одиницями - кіловольтами (кВ) - тисячами вольт.
Напруженість електричного поля при однорідному полі є відношенням електричної напруги, що діє між двома точками поля, до відстані l між цими точками:

E = U/l(3)

Напруженість електричного поля вимірюють у вольтах на метр (В/м). При напруженості поля 1 В/м на заряд 1 Кл діє сила, що дорівнює 1 ньютону (1 Н). У деяких випадках застосовують більші одиниці вимірювання напруженості поля В/см (100 В/м) та В/мм (1000 В/м).