- •1.Система отсчёта и системы координат. Основные характеристики механического движения. Прямолинейное и криволинейное движение материальной точки. Скорость и ускорение.
- •2. Движение материальной точки по окружности. Нормальное и тангенциальное ускорения. Связь угловых и линейных характеристик движения
- •3. Векторные величины. Сложение, вычитание и умножение векторов. Силы. Масса. Законы ньютона.
- •4.Силы при криволинейном движении.
- •5. Закон всемирного тяготения. Зависимость веса тел от высоты над уровнем моря и географической широты. Гравитационное поле
- •6. Нормальное гравитационное поле и его аномалии.
- •8.Орбитальное движение земли и ее осевое вращение. Неравномерности вращения земли, их физическая природа
- •9. Приливообразующие силы и их геофизическая роль.
- •10.Закон сохранения и изменения количества движения.
- •11.Работа силы и мощность. Кинетическая и потенциальная энергия
- •12. Гармоническое колебание и его характеристики. Математический, физический и пружинный маятники
- •13. Энергия колеблющегося тела. Собственные колебания земли. Сложение гармонических колебаний
- •14. Волна, ее характеристики. Продольные и поперечные волны. Принцип гюйгенса. Интенсивность волны
- •15. Звуквая волна, характеристики звука. Инфразвук и ультразвук. Принцип локации
- •16. Элементы механики жидкостей. Основные определения. Уравнение неразрывности.
- •17.Уравнение бернулли и его применения для определения статического и динамического давлений
- •18.Основные положения молекулярно-кинетической теории строения вещества. Межмолекулярные силы. Агрегатные состояния вещества.
- •19. Макроскопические системы. Термодинамическое равновесие. Равновесные и неравновесные процессы. Обратимые и необратимые процессы.
- •20. Газовые законы (бойля-мариотта, гей-люсака, авогадро). Уравнение состояния идеального газа
- •21. Барометрическая формула и распределение больцмана.
- •22. Явление переноса в газах и жидкостях. Диффузия в газах.
- •23. Явление переноса. Теплопроводность.
- •24. Явление переноса в газах и жидкостях. Внутреннее трение (вязкость).
- •26. Внутренняя энергия идеального газа.Работа и теплота. Закон сохранения энергии. Первое начало термодинамики.
- •27.Электрические заряды и электрическое поле
- •28. Линии напряженности. Поток вектора
- •29. Примеры вычисления напряженности электрических полей с помощью теоремы остроградского-гаусса
- •30. Потенциал и работа сил электростатического
- •31. Градиент потенциала. Связь между потенциалом и напряженностью электростатического поля
- •32. Эквипотенциальные поверхности. Изображения сечений простейших электрических полей с помощью эквопотенциальных линий. Работа при перемещении электрического заряда по эквипотенциальной поверхности
- •33. Вычисление потенциалов простейших электростатических полей. (создаваемых точечным зарядом, в плоском и шаровом конденсаторе)
- •1 .Потенциал электрического поля точечного заряда q.
- •3. Шаровой конденсатор.
- •34. Геоэлектрическое поле земли. Электрическая проводимость гидросферы, земной коры и недр
- •35. Электрическая проводимость атмосферы. Ионосфера, ионосферные слои. Влияние ионосферы на распространение радиоволн. Нормальное электрическое поле атмосферы. Техногенное воздействие на ионосферу
- •36. Электротеллурическое поле. Региональные и локальные электрические поля земной коры. Вариации меридиальной и широтной напряженности электротеллурического поля
- •37. Изучение глубинного строения Земли с помощью сейсмического зондирования
- •38. Масса, форма, размеры и строение атмосферы. Слои атмосферы и зависимость температур атмосферы от высоты
30. Потенциал и работа сил электростатического
ПОЛЯ. ЦИРКУЛЯЦИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ ВДОЛЬ ЗАМКНУТОГО КОНТУРА. РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ
Для понимания свойств электрического поля большое значение имеет понятие разности потенциалов или электрического напряжения. К этому понятию мы придем, рассматривая работу сил электрического поля.
Предположим, что электрический заряд q перемещается в каком -либо электрическом поле, из некоторой точки 1 в другую точку 2. Т к на заряд в электрическом поле действует сила, то при такомперемещении будет произведена определённая работа А12. Ясно, что если тот же заряд перемещаетсяпо прежнему пути в обратном направлении, то величина работы будет та же самая, но изменится еёзнак, т.е. А12 = -А21.Покажем, что работа по перемещению заряда в электрическом поле не зависит от формы пути, по которому движется заряд, и определяется только положением точек 1 и 2 - начала и конца пути заряда.
Допустим, что это не так, и что работа А(L)12 при перемещении заряда вдоль контураLне равна работе А(L’) 12для контураL’, причём обаконтура соединяют одни и те же точки 1 и 2.
+ -
+ 2 -
+1
+ -
L L¢
+ -
1
+ - Рис. 12.
Тогда перемещая заряд по замкнутому контуру, составленному из контуров L и L’, мы найдём, что электрические силы совершают работу А(L)12 + А(L’)21= А(L)12- А(L’)12,
которая не равна нулю. Но это противоречит общему закону сохранения энергии. Если заряды, создающие электрическое поле, неподвижны, то при перемещении подвижного заряда в окружающих телах не происходит никаких процессов. После возвращения заряда в исходную точку 1 мы не имеем никаких изменений в рассматриваемой системе тел и поэтому не можемполучить ни выигрыша работы, ни её потери. Это значит, что наше предположение неверно, и что в действительности
А(L)12 =А(L’)12
Т.о., в электростатическом поле работа перемещении заряда между двумя точками не зависит от формы пути, соединяющего эти точки. Иными словами: при перемещении заряда в электростатическом поле по замкнутому контуру работа равна нулю.
Если заряд q0 перемещается в поле, создаваемом системой точечных зарядов q1,q2,...qn , то на него действует сила``=1 + 2 +….+n,а работа А равнодействующей силы равна алгебраической сумме работ составляющих сил А=А1+А2 + Аз+...+ Аn.
Полная работа А, как и каждая из работ А1 , А2,.. Аn зависит от начального и конечного положений заряда q, но не зависит от формы его пути._
Работа, совершаемая силой `F при перемещении заряда q0 на отрезке d,
В случае конечного перемещения заряда q0 из точки а в точку в работа сил поля
Работа, которую совершают силы электрического поля, перемещая единичный положительный заряд по замкнутому пути L , численно равна
Этот интеграл называется циркуляцией напряженности вдоль замкнутого контураL.
Поскольку работа при перемещении заряда по любому замкнутому контуру равна нулю, то
т.е. циркуляция напряженности электростатического поля вдоль замкнутого контура равна нулю. Силовое поле, напряжённость Е которого удовлетворяет такому условию, называется потенциальным полем. Т.о. электростатическое поле является потенциальным.
РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ. Если в электрическом поле перемещается заряд (+1), то работа зависит только от существующего электрического поля и поэтому может служить его характеристикой. Она называется разностью потенциалов точек 1 и 2 в данном электрическом поле илиэлектрическим напряжением между точками 1 и2.
Разность потенциалов двух точек 1 и 2 в электростатическом поле измеряется работой, совершаемой силами поля при перемещении заряда (+1) из точки 1 в 2, т.е.
(1)
Еl - проекция вектора Е на направление dl. Интегрирование производится вдоль любого контура L, соединяющего рассматриваемые точки, в направлении от точки 1 к точке 2.
Если в электрическом поле перемещается не единичный заряд, а заряд произвольной величины q, то в каждой точке сила, действующая на заряд, увеличится в q раз. Поэтому работа А12, совершаемая силами поля при перемещении q из 1 в 2,равнаА12 =qU12.(2)
Из сказанного следует, что физический смысл имеет только разность потенциалов или напряжение между двумя точками поля, т.к. работа определена только тогда, когда заданы две точки - начало и конец пути. Несмотря на это, часто говорят просто о потенциале или напряжении в данной точке. Однако при этом всегда имеют в виду разность потенциалов, но подразумевают, что одна из точек выбрана заранее. Такую постоянную точку часто выбирают "в бесконечности", т.е. на достаточном удалении отвсех заряженных тел.
Если заряд (+1) перемещается по замкнутому контуру, например, сначала из 1 в 2 по контуру L, а затем от 2 к 1 вдоль L’, то U12 +U21 =U12 -U12 =0 (3)
В электростатическом поле напряжение вдоль замкнутого контура всегда равно 0.
Понятие разности потенциалов широко используется по двум основным причинам.
Во-первых, описание электрического поля при помощи потенциала гораздо проще, чем при помощи Е. Напряженность поля есть вектор, и поэтому для каждой точки поля нужно знать три скалярные величины - составляющие напряжённости по координатам. Потенциал же есть скаляр и вполне определён в каждой точке одной величиной - своим численным значением. В дальнейшем мы увидим, что зная потенциал в каждой точке поля, можно найти и вектор напряжённости.
Во-вторых, разность потенциалов гораздо легче измерить на опыте, чем Е. Для измерения Е не имеется удобных методов, а для измерения разности потенциалов существуют многочисленные методы и разные приборы. Поэтому и описывать электрическое поле гораздо удобнее при помощи потенциала.
Единицу разности потенциалов можно определить из (1). Разность потенциалов между двумя точками электрического поля равна единице разности потенциалов, если при перемещении между этими точками единичного заряда силы поля совершают работу, равную единице. СИ:
Разность потенциалов между двумя точками поля равна 1 вольту, если для перемещения между ними заряда в 1 кулон нужно совершить работу в один джоуль: 1В = 1Дж/К.
В атомной физике и электронике очень часто употребляют единицу энергии и работы, называемую электронвольтом (эВ). 1эВ равен работе, совершаемой при перемещении заряда, равного заряду электрона, между двумя точками поля с разностью потенциала 1В. 1эВ =1,6×10-19 Кл×1В = 1,6×10-19Дж=1,6×10-12эрг.
Вэлектронвольтах обычно выражают энергию различных элементарных частиц. При этом применяют также более крупные единицы энергии: 1кэВ = 103 эВ; 1МэВ = 106 эВ и др.