Електродинаміка основи електростатики

Електричний заряд - скалярна фізична величина, яка визначає інтенсивність електромагнітної взаємодії. Позначається буквою q, вимірюється в кулонах (Кл).

Якщо тіло має надлишкові (зайві) електрони, то тіло заряджене негативно, якщо у тіла недолік електронів, то тіло заряджене позитивно.

Закон збереження електричного заряду - при будь-яких процесах в замкнутій системі її повний електричний заряд залишається незмінним.

Закон Кулона - сила електричної взаємодії F двох нерухомих точкових зарядів у вакуумі прямо пропорційна добутку модулів цих зарядів (q₁; q₂) і обернено пропорційна квадрату відстані r між ними.

Сили електростатичного взаємодії направлені вздовж лінії, що з'єднує взаємодіючі точкові заряди.

  ЕЛЕКТРИЧНЕ ПОЛЕ особливий вид матерії, що існує навколо електричного заряду і виявляє себе у дії на інші заряди.

Напруженість електричного поля - силова характеристика електричного поля. Напруженість - векторна фізична величина, чисельно рівна відношенню сили F, що діє на заряд, поміщений у дану точку даного поля, до величини цього заряду q. Позначається (Е), одиниця виміру ньютон на кулон, або вольт на метр (Н/Кл = В/м).

• Якщо заряд q> 0, то напруженість поля направлена ​​в ту ж сторону, що і сила, з якою електричне поле діє на цей заряд.

• Якщо заряд q <0, то напруженість поля спрямована в протилежний бік напрямку сили, з якою електричне поле діє на цей заряд.

 Принцип суперпозиції полів - напруженість електричного поля системи точкових зарядів у певній точці простору дорівнює геометричній сумі напруженостей полів, створюваних кожним з цих зарядів окремо в тій же точці.

Лінії напруженості електричного поля (електричні силові лінії) - лінії, дотичні до яких в кожній точці збігаються з напрямом вектора напруженості в цій точці.

Властивості електричного поля:

• Починаються на позитивних і закінчуються на негативних зарядах.

• Не перетинаються.

• Силові лінії перпендикулярні поверхні.

• Густота ліній тим більше, чим більше напруженість. Тобто напруженість поля прямо пропорційна кількості силових ліній, що проходять через одиницю площі поверхні.

Однорідне поле - це поле, вектор напруженості якого в кожній точці простору однаковий (по модулю і напрямку). Графічно однорідне поле являє собою набір паралельних рівновіддалених один від одної силових ліній.

Провідники - речовини, що містять вільні заряджені частинки, тобто частинки, здатні переміщатися по всьому об'єму речовини під дією якого завгодно слабкого електричного поля. Поділ зарядів у провіднику під впливом зовнішнього електричного поля називається електризацією через вплив, або електростатичною індукцією, а заряди на провіднику - індукованими зарядами. Електричне поле всередині провідника відсутнє!

Діелектрики - речовини, що не містять вільних заряджених частинок.У електротехніці діелектрики часто називають ізоляторами, так як вони практично не проводять електричний струм. Проникнувши в діелектрик, електричне поле в ньому послаблюється.

Поляризація діелектриків - зміщення в протилежні сторони позитивних і негативних зарядів у діелектрику, викликане дією на нього електричного поля.

 Діелектрична проникність (ε) - фізична величина, що показує, у скільки разів послаблюється електричне поле після заповнення всього простору однорідним діелектриком. Одиниця виміру - безрозмірна.

Потенційна енергія зарядів - прямо пропорційна добутку модулів цих зарядів і обернено пропорційна відстані між ними. Позначається (Wр), одиниця виміру Джоуль (Дж).

Потенціал 𝜑 - фізична величина, яка дорівнює відношенню потенціальної енергії електричного заряду (Wр) в електростатичному полі до величини цього заряду (q). Потенціал φ є енергетичною характеристикою електростатичного поля. Одиницею потенціалу в СІ є вольт (В).

Різниця потенціалів φ₁ - φ₂ - різниця значень потенціалу в початковій φ₁ і кінцевій φ₂ точках траєкторії, вимірюється в вольтах (В).

Напруга - чисельно дорівнює роботі електростатичного поля (А) при переміщенні одиничного позитивного заряду (q) уздовж силових ліній цього поля. Позначається U, одиниця виміру вольт В.

Різницю потенціалів (φ₁ - φ₂ ) часто називають електричною напругою між даними точками поля: φ₁ - φ₂ = U

Еквіпотенціальною називається уявна поверхня, в кожній точці якої потенціал однаковий.

Зв’язок між напругою і напруженістю однорідного електричного поля. Напруга U між двома точками в однорідному електричному полі, розташованими на одній лінії напруженості, дорівнює добутку модуля вектора напруженості поля Е на відстань d між цими точками.

Робота електричного поля при переміщенні заряду - робота, яку здійснюють електростатичні сили при переміщенні зарядженої частинки із однієї точки поля в іншу. Робота сил електростатичного поля не залежить від форми траєкторії, а визначається тільки положенням початкової та кінцевої точок і величиною заряду. Робота сил поля (А) дорівнює добутку заряду (q) на різницю потенціалів (φ₁ - φ₂) початкової та кінцевої точок траєкторії руху заряду.

Електроємність - скалярна, фізична величина, що характеризує здатність провідника або системи провідників накопичувати електричний заряд.

Електричною ємністю провідника називається відношення заряду провідника (q) до його потенціалу (𝜑). Позначається - С. У СІ одиниця електроємності - фарад (Ф).

Конденсатори - система з двох провідників (обкладок), розділених тонким шаром діелектрика, товщина якого мала в порівнянні з розмірами обкладок.

  Електроємність плоского конденсатора (С) - прямо пропорційна площі обкладок S, діелектричної проникності ε речовини між обкладками, і обернено пропорційна відстані між ними d.

З'єднання конденсаторів

При паралельному з'єднанні конденсаторів одні обкладки

всіх конденсаторів з'єднуються в одній точці, а інші - в іншій. Загальний заряд (q) дорівнює алгебраїчній сумі зарядів кожної з обкладок окремих конденсаторів. Напруга (U) між обкладками всіх конденсаторів однакова. Ємність батареї (С) паралельно з'єднаних конденсаторів дорівнює сумі ємностей окремих конденсаторів.

При послідовному з'єднанні конденсаторів кінець першого конденсатора з'єднують з початком другого, кінець другого з початком третього ... Загальний заряд (q) дорівнює заряду кожної з обкладок окремих конденсаторів. Напруга (U) на батареї дорівнює сумі напруг на всіх конденсаторах. Величина, зворотної ємності батареї (1/С) послідовно з'єднаних конденсаторів, дорівнює сумі величин, зворотних ємностей окремих конденсаторів.

Енергія електричного поля - потенційна енергія, запасена в зарядженому конденсаторі. Енергія зарядженого конденсатора дорівнює половині відношення квадрата електричного заряду (q²) конденсатора до його електроємності (С). Позначається Wр, вимірюється в Джоулях (Дж).

Електричну енергію, запасену в одиниці об'єму поля, називають об'ємною густиною енергії електричного поля. Позначається ω, вимірюється в (Дж/м³).

ЗАКОНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

  Електричний струм – упорядкований рух заряджених частинок.

Дії струму:

• теплова - провідник зі струмом нагрівається;

• хімічна - на електродах, занурених в рідину, виділяється речовина;

• магнітна - провідник зі струмом притягує металеві предмети;

• механічна - провідник зі струмом, поміщений у районі магніту, приходить в рух.

Умови існування електричного струму:

• наявність в середовищі вільних електричних зарядів;

• створення в середовищі електричного поля.

Сила струму - величина, що дорівнює заряду, який протікає крізь поперечний переріз провідника за одиницю часу. Позначається (I), одиниця виміру ампер (А).

Густиною струму називається величина, яка дорівнює силі струму, що протікає через одиничний поперечний переріз провідника. Позначається - j, одиниця виміру - 1 А/м².

Закон Ома для ділянки кола - сила струму (I) на ділянці кола дорівнює відношенню напруги (U) на його кінцях до опору (R) цієї ділянки.

  Опір провідника - скалярна фізична величина, характеризує протидію провідника електричного струму. Електричний опір провідника прямо пропорційний його довжині 𝓵 і обернено пропорційний площі S поперечного перерізу. Позначається - R, одиниця виміру - Ом.

Послідовне з'єднання провідників

При послідовному з'єднанні провідників кінець першого провідника з'єднується з початком другого і т. д.

При послідовному з'єднанні провідників сила струму (I) у всіх провідниках однакова. Загальна напруга (U) дорівнює сумі напруг на всіх послідовно ввімкнених провідниках. Опір (R) ланцюга дорівнює сумі опорів окремих провідників.

Паралельне з'єднання провідників

  При паралельному з'єднанні провідників всі вхідні в коло елементи з'єднують в одній точці, а кінці - в іншій.

При паралельному з'єднанні напруга (U) на всіх провідниках однакова. Сила струму (I) в нерозгалуженій ділянці кола дорівнює сумі сил струмів в усіх паралельно ввімкнених провідниках. Величина, обернена загальному опору (1/R) ланцюга, дорівнює сумі величин, обернених опорам паралельно ввімкнених провідників.

  Електрорушійна сила - скалярна фізична величина, що дорівнює відношенню роботи (А), яка здійснюється сторонніми силами при переміщенні заряду вздовж контуру, до величини цього заряду (q). Позначається - Е. Р. С. (ℇ), одиниця виміру - Вольт (1 В)

Сторонні сили - сили неелектричної природи, які викликають переміщення електричних зарядів всередині джерела постійного струму.

Закон Ома для повного кола - сила струму (I) в замкненому колі дорівнює відношенню ЕРС (ℇ) джерела струму до його повного опору, який дорівнює сумі зовнішнього опору (R) і внутрішнього опору (r) джерела струму.

  Робота струму - робота, яку здійснює електричне поле при проходженні струму по ланцюгу. Робота електричного струму (А) дорівнює добутку сили струму (I) на напругу (U) і на час (t) впродовж якого виконується робота. Одиниця виміру - Джоуль (Дж).

Потужність електричного струму дорівнює відношенню роботи струму (А) до інтервалу часу (t), за який ця робота була виконана. Позначається - Р, одиниця виміру - Ватт (Вт).

Закон Джоуля-Ленца - кількість теплоти (Q), що виділяється провідником зі струмом, дорівнює добутку квадрата сили струму (I²), опору провідника (R) і часу (t) проходження по ньому струму. Одиниця виміру - Джоуль (Дж).