Физика, 1 курс 1 семестр ТГМУ / Семинар 6. Электростатика

6

Семинар 6

Электростатика

1) Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда.

2) Закон Кулона для точечного заряда.

3) Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Силовые линии.

4) Потенциал. Эквипотенциальные поверхности. Работа поля по перемещению заряда. Потенциальная энергия электрического поля.

5) Связь между напряженностью и потенциалом.

6) Диэлектрическая проницаемость среды.

7) Электрический диполь. Дипольный момент.

8) Диэлектрики в электрическом поле. Виды поляризаций.

9) Пьезоэлектрический эффект. Применение в медицине.

10) Энергия электрического поля. Конденсатор. Электроемкость.

11) Объемная плотность энергии электрического поля.

1) Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда.

Электри́ческий заря́д (коли́чество электри́чества) — это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии.

Зако́н сохране́ния электри́ческого заря́да — закон физики, утверждающий, что алгебраическая сумма зарядов электрически замкнутой системы сохраняется:

q₁ + q₂ + q₃ + … + q_n = const.

2) Закон Кулона для точечного заряда.

где: q1-величина первого заряда q2-величина второго заряда k-коэффициент пропорциональности r-расстояние между зарядами

3) Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Силовые линии.

Электрическое поле- разновидность материи, посредством которой осуществляется силовое воздействие на электрические заряды, находящиеся в этом поле.

Е-напряженность F-  сила {\displaystyle {\vec {F}},} действующая на неподвижный точечный заряд q-величина заряда

Силовая линия, или интегральная кривая, — это кривая, касательная к которой в любой точке совпадает по направлению с вектором, являющимся элементом векторного поля в этой же точке.

Силовые линии – это воображаемые очертания, которые возникают вокруг зарядов (определяется электрическим полем), и если мы поместим какой-либо заряд в эту область, он испытает силу.

Свойства силовых линий:

• путешествуют с севера на юг;

• не имеют взаимных пересечений.

Силовые линии демонстрируют:

• направления электрических полей;

• напряженность. Чем ближе линии, тем больше сила поля и наоборот.

4) Потенциал. Эквипотенциальные поверхности. Работа поля по перемещению заряда. Потенциальная энергия электрического поля.

Потенциал- энергетическая характеристика электрического поля.

Эквипотенциальные поверхности- поверхности одного потенциала.

Работа поля по перемещению заряда между двумя точками в электростатическом поле не зависит от формы траектории, а зависит от положения этих точек.

Потенциальная энергия. — скалярная физическая величина, представляющая собой часть полной механической энергии системы, находящейся в поле консервативных сил

5) Связь между напряженностью и потенциалом.

Напряженность электрического поля – величина, численно равная силе, действующей на заряд. Потенциал ϕ – величина, численно равная потенциаль- ной энергии заряда.

    получаем:

Напряженность поля  равна градиенту потенциала, взятому со знаком минус.

6) Диэлектрическая проницаемость среды.

Относительная диэлектрическая проницаемость ε является безразмерной и показывает, во сколько раз сила взаимодействия двух электрических зарядов в среде меньше, чем в вакууме.

7) Электрический диполь. Дипольный момент.

Электрический диполь- система, состоящая из двух равных по величине, но противоположных по знаку зарядов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга.

Дипольный момент- вектор, равный произведению заряда на плечо диполя, направленный от отрицательного заряда к положительному.

8) Диэлектрики в электрическом поле. Виды поляризаций.

Диэлектриками называют тела, не проводящие электрического тока.

• Виды поляризации: упругие (деформационные) - поляризация под воздействием электрического поляпрактическимгновенная, вполне упругая,без рассеяния энергии, т.е. без выделения теплоты;

1. электронная;

2. ионная;

• релаксационные - поляризация,совершаемая не мгновенно, а нарастающая или убывающая замедленно исопровождаемая рассеянием энергии в диэлектрике, т.е. егонагреванием.

Электронная поляризация (ЭП) Ионная поляризация (ИП) Ионно-релаксационная поляризация Дипольно – релаксационная поляризация (дипольная) Миграционная поляризация Спонтанная поляризация Электронно-релаксационная поляризация

Поляризация- воздействие на световые или электромагнитные колебания, вследствие которого они происходят в определенном направлении.

9) Пьезоэлектрический эффект. Применение в медицине.

В кристаллических диэлектриках поляризация может возникнуть при отсутствии электрического поля при деформации- пьезоэлектрический эффект.

Используют в медицине в датчиках при регистрации пульса. прямой пьезоэффект используют в медицине — в датчиках для регистрации пульса, в технике — в адаптерах, микрофонах и для измерения вибраций, а обратный пьезоэффект — для создания механических колебаний и волн ультразвуковой частоты.

10) Энергия электрического поля. Конденсатор. Электроемкость.

Энергия электростатического поля - это энергия системы неподвижных точечных зарядов, энергия уединенного заряженного проводника и энергия заряженного конденсатора.

Энергия заряженного конденсатора равна работе внешних сил, которую необходимо затратить, чтобы зарядить конденсатор.

 Конденсатор это система из двух и более электродов (обычно в форме пластин, называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок конденсатора. Такая система обладает взаимной ёмкостью и способна сохранять электрический заряд.

Электри́ческая ёмкость — характеристика проводника, мера его способности накапливать электрический заряд. 

11) Объемная плотность энергии электрического поля.