- •Электростатика
- •Заряд и его свойства
- •Закон сохранения заряда
- •Напряженность электростатического поля
- •Принцип суперпозиции
- •Основная задача электростатики
- •Теорема Остроградского-Гаусса
- •Связь потенциала() и напряженности(e)
- •Емкость
- •Электрическая индукция
- •Постоянный электрический ток
- •Закон Ома
- •Закон Джоуля – Ленца
- •Правило Кирхгофа
- •Алгебраическая сумма токов, относящихся к одному узлу, равна нулю.
- •Для любого замкнутого контура, сумма падений напряжений на элементах контура равна сумме эдс.
- •Классическая электронная теория
- •Объяснение закона Ома с точки зрения классической электронной теории.
- •Объяснение закона Джоуля-Ленца с точки зрения классической электронной теории
- •Закон Видемана-Франца
- •Основы зонной теории проводимости
- •Контактные явления. Законы Вольта
- •Термоэлектрические явления
- •Обратное термоэлектрическое явление
- •Контактные явления в полупроводниках
- •Уровень Ферми
- •Полупроводник.
- •Основы физики полупроводников
- •Диффузия
- •Pn переход при прямом напряжении:
- •Полупроводниковый диод
- •Биполярный транзистор
- •Магнитное поле и его характеристики
- •Рамка с током в магнитном поле
- •Закон Ампера
- •Действие магнитного поля на движущийся заряд
- •Движение заряженных частиц в магнитном поле
- •Ускорители заряженных частиц
- •З акон Био-Савара-Лапласа
- •Эффект Холла
- •Метод прямого интегрирования
- •Закон полного тока
- •Некоторые формулы
- •Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле
- •Явление электромагнитной индукции
- •Вращение рамки в магнитном поле
- •Индуктивность контура. Самоиндукция.
- •Токи при размыкании и замыкании цепи
- •Энергия магнитного поля
- •Магнитные свойства вещества
- •Намагниченность. Магнитное поле в веществе.
- •Парамагнетизм и диамагнетизм
- •Ферромагнетизм
- •Магнитные свойства воды
- •Модель самосогласованного поля или Кюри-Вейсса
- •Магнитные свойства сверхпроводников
- •Переменный электрический ток
- •Закон Ома для последовательно соединенных rlc цепей
- •Мощность цепи переменного тока
- •Сложные линейные цепи
- •Трёхфазные электрические цепи
- •Уравнения Максвелла
- •Волновое уравнение
- •Электромагнитная масса движущегося заряда
- •Граничные условия для векторов электромагнитного поля
- •Скин-эффект
- •Электромагнитные волны в линиях
- •Образование электромагнитных волн
- •Образование электромагнитных волн с помощью колебательного контура
- •Генерирование электромагнитных волн
- •Ламповый генератор и автоколебательные системы
- •Изучение ускоренно движущихся электронов
- •Излучение рамки с током
- •Создание излучения в свч-диапазоне
- •Энергия Энергия взаимодействия дискретных зарядов
- •Энергия заряженных проводников
- •Плотность энергии электромагнитного поля
- •Энергия заряженных проводников
- •Силы в электрических и магнитных полях
- •Движение энергии вдоль коаксиального кабеля
- •Электромагнитная энергия вдоль линии передач
- •Электрические токи в металлах, вакууме и газах Элементарная классическая теория электропроводности металлов
- •Вывод основных законов электрического тока в классической теории электропроводности металлов
- •Работа выхода электронов из металла
- •Эмиссионные явления и их применение
- •Ионизация газов. Несамостоятельный газовый разряд
- •Самостоятельный газовый разряд и его типы
- •Плазма и её типы
- •Электрические токи в жидкостях Электролиты. Электролиз
- •Законы Фарадея
Электростатика
Электростатика – это раздел физики, который изучает существование и взаимодействие неподвижных зарядов
Заряд и его свойства
Наименьшим зарядом является заряд электрона. Принято, что электрон имеет условно отрицательный заряд.
Опытным путем американский физик Р. Милликен (1868-1953) показал, что любое заряженное тело имеет заряд, кратный заряду электрона. Дробных зарядов из опыта не обнаружено, но имеется теория кварков о существовании зарядов , .
Заряд электрона имеет бесконечное время жизни. В 1983г. было установлено, что период полураспада лет. Заряд протона в точности равен заряду электрона (проверено с точностью до 10-21). Инвариантность заряда состоит в независимости величины заряда от его скорости. Масса электрона , радиус см.
Неподвижный электрический заряд является источником электрического поля.
Всего существует четыре вида взаимодействий:
Гравитационное (его интенсивность берем за единицу).
Слабое ядерное взаимодействие (в раз сильнее).
Электромагнитное (в раз сильнее).
Сильное ядерное (в раз сильнее).
Два разноименных заряда - притягиваются, одноименных – отталкиваются. Вокруг любого заряда (покоящегося, или движущегося) во всем пространстве, включая место, где находится сам заряд, существует поле. Это поле проявляет себя через воздействие на любой другой заряд, помещенный в это поле.
Закон сохранения заряда
Закон Кулона определяет силу взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов , расположенных на расстоянии друг от друга. Эта сила направлена по линии, соединяющей эти заряды. В системе СИ этот закон имеет вид:
,
где – электрическая постоянная, которая возникла при переходе из СГС в СИ.
;
- диэлектрическая проницаемость среды, где расположены заряды.
.
Пример: ,
Кулон (военный строитель, член Парижской Академии) исследовал угол закручивания нити от силы (работал в области механики). Используя свой прибор, изображенный на рисунке
Прибор – крутильные весы, состоит из: стеклянного коромысла, серебряной нити , , шарика (шарик заряжают стеклянной палочкой), неподвижного шарика (его тоже заряжают).
Ш арики отталкиваются, нить закручивается на угол . Кулон установил, что сила притяжения (отталкивания) шаров пропорциональна произведению зарядов шаров и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними: ;
Закон Кулона в векторном виде выглядит так:
;
Границы применимости от 10-13 см до нескольких км (из опытов).
Любой заряд окружен электрическим полем. Поля бывают однородными и неоднородными и каждая точка поля характеризуется двумя величинами:
Силовая характеристика поля
Скалярный энергетический потенциал .
Напряженность электростатического поля
В изолированной системе полный электрический заряд сохраняется (через границы системы не проникает вещество).
Исследуем пространство электрическим положительным зарядом q+1,настолько малым, что он не искажает исследуемое поле.
(1);
(2);
Напряженность электростатического поля в данной точке есть физическая величина, определяемая силой, действующей на пробный единичный, точечный, положительный заряд, помещенный в данную точку поля. Из (1) и (2):
Напряженность поля точечного заряда равна:
;
Если напряженность поля в любой точке одинакова, то такое поле является однородным. Для однородного поля – линии напряженности параллельны вектору напряженности. Направление вектора напряженности совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд. Так как в данной точке поля вектор напряженности имеет только одно направление, то линии напряженности не пересекаются. Как видно, единица напряженности электростатического поля - .
Линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности, называются силовыми линиями электрического поля. По густоте силовых линий можно судить о величине заряда.