Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
23
Добавлен:
23.02.2016
Размер:
141.31 Кб
Скачать

Заняття 28

Напруженість електричного поля

Мета уроку: розкрити матеріальний характер електричного полю; дати визначення напруги електричного полю;ознайомитись з графічним зображенням електричного полю; навчити пояснювати с точки зору електронної теорії явища, що відбуваються в провідниках, приміщеннях електричного полю; розкрити фізичну природу діелектриків та сутність електричних явищ в діелектрику.

1. Теорія близькодії

2. Електричне поле

3. Провідники в електростатичному полі

4. Діелектрики в електростатичному полі

Ключові слова: теорія близькодії, електричне поле, напруженість, силові лінії, принцип суперпозиції, провідники та діелектрики в електростатичному полі, поляризація, діелектрична проникність.

Теоретичні відомості

Теорія близькодії

Згідно теорії дії на відстані одне тіло діє на інше безпосередньо через пустоту і ця дія передається миттєво. Теорія близькодії стверджує, що будь-яка взаємодія здійснюється за допомогою проміжних агентів та розповсюджується з кінцевою швидкістю.

Електричне поле

Згідно ідеї Майкла Фарадея електричні заряди не діють один на одного безпосередньо. Кожен з них створює в оточуючому просторі електричне поле одного заряду, яке діє на інші заряди. По мірі віддалення від заряду поле послабшає. Електромагнітна взаємодія розповсюджується в просторі з кінцевою швидкістю.

Характеристика електричного полю:

  1. Поле матеріально; воно існує незалежно від нас, від наших знань про нього;

  2. поле має визначені властивості, які виділяють його з оточуючого середовища;

  3. головна властивість електричного полю – дія його на електричні заряди з деякою силою.

Силовою характеристикою поля є напруженість: відношення сили, з якою поле діє на крапковий заряд до величини заряду.

Звідси, сила, що діє на заряд з боку електричного поля

Якщо поле створюється зарядом q, то цей заряд буде діяти на будь-який інший з силою ; тоді .

Принцип суперпозиції (положення) полів: якщо в земній точці простору різні заряджені частки утворюють електричні поля, напруженість яких , то результуюча напруженість поля в цій точці дорівнює векторній сумі:

Силові лінії електричного поля або лінії напруженості – це непереривні лінії, в кожній точці яких вектор напруженості проходить по дотичній до лінії. Силові лінії не перетинаються, тому що перетин силових лінії вказує на невизначеність напруження електричного поля .

Вектор спрямований від «+» до «-».

Густина силових ліній пропорційна .

Провідники в електростатичному полі

В провіднику маються заряджені частки, здатні переміщуватися всередині провідника під впливом електричного поля, які називаються вільними зарядами (електричний газ) виявляють властивості ідеального газу.

Електростатичного поля всередині немає, весь статичний заряд провідника зосереджений на його поверхні. (На цьому факті засновано так названий електростатичний захист: чуттєві до електричного поля прилади замикають в металеві ящики).

Діелектрики в електростатичному полі

Діелектрик – це речовини, через які передаються електромагнітні взаємодії

  1. не мають вільних зарядів;

  2. електричне поле може існувати всередині діелектрика.

Існує два види діелектриків:

  1. Полярні, які складаються з молекул, в яких центри розподілу позитивних і негативних зарядів не співпадають:

На великій відстані молекулу можна розглядати як сукупність двох точкових зарядів, рівних по модулю і протилежних по знаку, які знаходяться на деякій відстані l один від одного, яку називають електричним диполем.

  1. Неполярні, які складаються з атомів або молекул, у яких центри розподілу позитивних і негативних зарядів співпадають.

Явище зміщення центрів позитивних і негативних зарядів діелектриків називається поляризацією. Неполярні діелектрики в електричному полі також поляризуються. Центри позитивних зарядів зміщуються в напрямку напруженості поля, а центри негативних зарядів – протилежно. В полярних діелектриках молекули розгортаються вздовж лінії напруженості.

Характеристика діелектриків – діелектрична проникливість: показує в скільки разів модуль напруженості електричного поля всередині однорідного діелектрика менше модуля напруженості поля в вакуумі.

Це справедливо для однорідного поля. Електричне поле називається однорідним, якщо в усіх його точках значення вектора напруженості однакове, тобто співпадають як за модулем, так і за напрямком. Щоб в діелектрику виконувався закон Кулона, він повинен бути однорідним і ізотропним.

Приклади рішення задач

Приклад 1. Два точених однойменних зарядів в Кл і Кл в керосині розташовані на відстані 20 см один від одного. Визначити напруженість в точці, яка розташована посередині між ними.

Рішення.

У відповідності до принципу суперпозиції

По визначенню напруженості , де

R=0,2 м ; .

, заряди одного знаку. Згідно з принципом

Е - ? суперпозиції .

Приклад 2. Однакові за модулем, але різні за знаком заряди 18 нКл розташовані в двох вершинах рівностороннього трикутника зі стороною 2 м. Найти напруженість електричного поля в треті вершині трикутника.

Рішення.

q=1,8.10-8 Кл 2 -q

a=2 м

=60о a

=1 2

=8,85.10-12 Ф/м 1

Е - ? +q a 3 1

Напруженість електричного поля в третій вершині трикутника є векторна сума напруженостей , що утворюється в цій точці позитивним та негативним зарядами.

.

Е12, =60о, то при складанні векторів утворюється рівносторонній трикутник, тож Е=Е12=40,5 В/м. Вектор лежить паралельно до лінії, що з’єднує заряди.

Контрольні питання

  1. Які є основні ідеї теорії дії на відстані і теорії близькодії?

  2. Які основні властивості електричного поля?

  3. Що таке напруженість електричного поля? Одиниці виміру.

  4. Принцип суперпозиції полів.

  5. Силові лінії поля та їх властивості.

  6. Що таке вільні і пов’язані заряджені частки?

  7. Як ведуть себе заряди провідника в електростатичному полі?

  8. Що таке діелектрик?

  9. Які два види діелектриків існують?

  10. Охарактеризуйте полярні діелектрики.

  11. Охарактеризуйте неполярні діелектрики.

  12. Явище поляризації.

  13. Електричний диполь.

  14. Діелектрична проникливість.

  15. Що називається однорідним електричним полем?

  16. Які властивості повинен мати діелектрик, щоб виконувати закон Кулона?

Вправа 28

Якісні задачі

1. Два однакових за величиною заряди знаходяться на деякій відстані один від одного. В якому випадку напруженість в точці, що лежить на половині відстані між ними, більша: якщо ці заряди однойменні чи різнойменні?

2. Чому птахи злітають з дроту високої напруги, коли вмикають струм?

3. Чому дорівнює напруженість поля в центрі рівномірно зарядженого дротяного кільця, що має форму кола? В центрі рівномірно зарядженої сферичної поверхні?

4. Іноді говорять, що силові лінії електростатичного поля – це траєкторії, по яким би рухався в полі позитивний заряд, якщо його, коли вносити в це коло, надати самому собі. Чи вірне це ствердження?

5. Чому фарбування невеликих предметів методом розприскування фарби економічно вигідне, а також нешкідливе для здоров’я працівника, якщо між пульверизатором та предметом утворити високу напругу?

6. Чому провідники для дослідів по електростатиці роблять порожнистими?

7. Легка бузинова кулька підвішена на шовковій нитці, притягується паличкою. Чи означає це, що паличка була спочатку наелектризована? А якщо кулька від палички відштовхується?

8. На тонких шовкових нитках підвішені дві зовсім однакові бузинові кульки: одна – заряджена, а друга – незаряджена. Як визначити, яка кулька заряджена, якщо не надані ніякі інші предмети та матеріали?

9. Чому заряджений провідник, що вкритий пилом, швидко втрачає свій заряд?

Задачі для закріплення матеріалу

  1. Обчислити напруженість електростатичного поля на першій орбіті атома гідрогену. Радіус орбіти дорівнює , ядром атома водню є протон.

  2. На точений електричний заряд Кл електричне поле діє з силою 10-7Н. Визначити напруженість електричного поля.

  3. Обчислити напруженість електричного поля в точці А, яка знаходиться зовні зарядів на прямій, що проходить через два однойменні точкові електричні заряди, розташовані в точках В і С. qB=10-9Кл, qС=5 .10-10Кл. АВ=5см, ВС=10см.

  4. Використовуючи закон Кулона, доведіть, що на заряд, що розташований всередину рівномірно зарядженої сфери, не діє електричні сили.

  5. У вершинах правильного шестикутника зі стороною а розташовані один за одним заряди +q, +q, +q, -q, -q, -q. Знайти силу, що діє на заряд +q, що знаходиться у центрі шестикутника.

  6. Два заряди по 25 нКл кожний, розташовані на відстані 24 см один від одного, утворюють електростатичне поле. З якою силою це поле діє на заряд 2 нКл, що розташований в точці, яка знаходиться на 15 см від кожного з зарядів, якщо заряди, що утворюють поле, однойменні? Різнойменні?

  7. В деякій точці поля на заряд 2 нКл діє сила 0,4 мкН. Знайти напруженість поля в цій точці.

  8. З який прискоренням рухається електрон у полі з напруженням 10 кВ/м?

  9. Знайти напруженість поля заряду 36 нКл в точках, які віддалені від заряду на 9 та 18 см.

Соседние файлы в папке тема 6 Ел поле