Справочный модуль по электростатике
(для подготовки к зачётам, экзаменам)
Электростатика – раздел физики, в котором изучают электрические поля, создаваемые неподвижными электрическими зарядами.
Электрический заряд – физическая величина, характеризующая свойства тел частиц вступать в электромагнитные взаимодействия.
(кулон).
Электрические заряды делятся на положительные и отрицательные. Одноимённые заряды друг от друга отталкиваются, разноимённые– притягиваются.
Опыты показывают, что электрический заряд дискретен, то есть заряд любого заряженного тела равен целому числу элементарных зарядов:
.
– элементарный заряд, N – целое число.
Электрон и протон являются соответственно носителями элементарных отрицательного и положительного зарядов.
Закон сохранения электрического заряда: в замкнутой системе алгебраическая сумма электрических зарядов есть величина постоянная при любых процессах, происходящих внутри этой системы.
Закон Кулона (1785 г.): сила взаимодействия двух точечных и неподвижных электрических зарядов, находящихся в вакууме, прямо пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
В системе СИ:
электрическая постоянная.
Диэлектрическая проницаемость среды ℰ – величина, показываю-щая во сколько раз сила взаимодействия зарядов в среде (F) меньше силы взаимодействия в вакууме (F0).
. .
Закон Кулона в среде:
Взаимодействие электрических зарядов осуществляется посредством электрического поля. Каждый заряд создаёт в окружающем пространстве электрическое поле, которое воздействует на другие заряды.
Электрическое поля – вид материи, осуществляющий взаимодействие неподвижных электрических зарядов.
Характеристики электрического поля.
Напряжённость электрического поля величина, равная силе, действующей на единичный положительный заряд со стороны электрического поля.
Индукция электрического поля – величина, не зависящая от свойств среды и определяемая соотношением
Потенциал электрического поля – величина, равная потенциаль-ной энергии единичного положительного заряда в данной точке.
Для точечного заряда:
Напряжённость
Индукция
Потенциал
Разность потенциалов между двумя точками – величина, равная работе по перемещению единичного положительного заряда между этими точками.
Принцип суперпозиции (наложения) электрических полей: напряжённость электрического поля системы зарядов равна векторной сумме напряжённостей полей, создаваемых каждым зарядом в отдельности:
.
Силовая линия электрического поля – линия, касательная к которой в любой точке совпадает с направлением вектора напряжённости электрического поля.
Эквипотенциальные поверхности – поверхности одинакового потенциала.
Проводники – вещества, в которых могут свободно перемещаться электрические заряды (свободные заряды). Проводниками является металлы, уголь, растворы электролитов.
Диэлектрики – вещества, с которых электрические заряды (связанные заряды) не могут свободно перемещаться и остаются в тех местах, где они появляются (янтарь, эбонит, каучук, фарфор, стекло, пластмассы).
Электрическая индукция – явление разделения разноимённых зарядов в проводнике под действием внешнего электрического поля.
Поляризация диэлектрика – смещение в противоположные стороны разноимённых связанных зарядов, входящих в состав атомов и молекул диэлектрика.
Электроёмкость проводника - величина, равная заряду, который изменяет потенциал проводника на единицу.
. (фарад).
Конденсатор – система из двух проводников (обкладок), разделённых слоем диэлектрика.
Электроёмкость конденсатора - величина, определяемая отношением заряда одной из обкладок к разности потенциалов между обкладками.
напряжение между обкладками.
С
+q -q
Электроёмкость плоского конденсатора:
S
.
d
Последовательное соединение конденсаторов:
C1 C2
Параллельное соединение конденсаторов:
C1
C2
Энергия электрического поля между обкладками конденсатора:
; ;
.