Диэлектрики в электрическом поле.
Каждый химический элемент (вещество) состоит из совокупности мельчайших материальных частиц – атомов. Атом представляет собой систему, состоящую из ядра (в его состав входят положительно заряженные протоны), вокруг которого вращаются отрицательно заряженные электроны. Заряды электрона и протона одинаковы по величине, противоположны по знаку, считаются элементарными зарядами и равны: Qe=1,6*10-19Кл. Количество протонов и электронов в нейтральном веществе одинаково. В различных веществах их количество различно, его можно определить по таблице Менделеева. Если по какой-то причине равенство протонов и электронов в веществе нарушается, оно становится заряженным: либо положительным, либо отрицательным ионом.
Электрический заряд или заряженное тело создают электрическое поле.
Электрическое поле представляет собой вид материи, отличной от вещества, оно существует там, где есть заряд, и может быть обнаружено только с помощью приборов.
Электрическое поле будет разным, в зависимости от расстояния от заряда, чем ближе к заряду, тем больше поле. По мере удаления от заряда поле убывает. Электрическое поле принято считать однородным, если напряженность во всех его точках одинакова по величине и направлению.
Основной характеристикой электрического поля является напряженность. Напряженность электрического поля - это силовая характеристика поля, она численно равна силе, действующей на единичный пробный заряд, помещенный в точку поля.Напряженность – величина векторная, направление вектора напряженности в любой точке поля совпадает с направлением силы, действующей на пробный заряд. Вектор напряженности направлен от положительного заряда к отрицательному заряду. Это объясняет притяжение разноименных зарядов и отталкивание одноименных зарядов.
;
где,
-
напряженность электрического поля,
(В\м);
- сила, действующая на пробный заряд,
(Н);
q – величина пробного заряда, (Кл).
Закон Кулона
Точечным считается заряд, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием, на котором рассматривается его действие. Сила взаимодействия двух точечных зарядов определяется по закону Кулона:
;
где,
F – сила взаимодействия зарядов;
Q, q – величины взаимодействующих зарядов;
r –расстояние между зарядами, (м);
εа - абсолютная диэлектрическая проницаемость среды, (Ф\м);
ε0 - абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума;ε0 =8,85*10-12Ф\м;
εr - относительная диэлектрическая проницаемость среды, (безразмерная величина);
Теорема Гаусса
Математическое выражение теоремы Гаусса:
;
где,
N– поток вектора напряженности поля через площадку, (В*м).
Поток вектора напряженности электрического поля через замкнутую поверхность определяется отношением суммы зарядов, расположенных внутри поверхности, к абсолютной диэлектрической проницаемости среды.
Для наглядного изображения электрического поля пользуются линиями напряженности или силовыми линиями.
Линия напряженности (силовая линия) – это такая линия, в каждой точке которой вектор напряженности располагается на касательной линии, проведенной к этой точке.
Силовые линии одиночного точечного заряда направлены по радиальным прямым, проходящим через заряд. Причем, направление вектора напряженности определяется знаком заряда. Вектор напряженности направленот положительногозаряда, нок отрицательному.
Для энергетической характеристики каждой точки электрического поля вводится понятие «потенциал».
Потенциал в каждой точке электрического поля характеризуется энергией W, которая затрачивается (или может быть затрачена) полем на перемещение единицы положительного заряда q из данной точки за пределы поля, если поле создано положительным зарядом, или из-за пределов поля в данную точку, если поле создано отрицательным зарядом.
Потенциал – величина скалярная, в каждой точке определяется выражением:
;
где,
φА - потенциал, (В);
WA - энергия, затрачиваемая на перемещение заряда (Дж).
Разность потенциалов двух точек электрического поля характеризует напряжение Uмежду этими точками.
Напряжение между двумя точками электрического поля характеризуется энергией, затраченной на перемещение единицы положительного заряда между этими точками.
Зависимость между напряжением и напряженностью в однородном электрическом поле:
;