Электрическое поле в вакууме
Взаимодействие электрических зарядов в вакууме. Закон Кулона.
Электростатическое поле в вакууме
Как показывает опыт, в природе существует взаимодействие, сила которого с изменением расстояния изменяется, так же как и сила всемирного тяготения, но эта сила во много раз превышает гравитационное взаимодействие. Это взаимодействие получило название электрического, а тела участвующие в нем называют наэлектризованными или обладающими электрическим зарядом. В природе существует два вида электрических зарядов — положительные и отрицательные. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются. Электрический заряд дискретен, т. Электрический заряд неотъемлемое свойство элементарных частиц материи — в природе существуют положительно заряженные частицы протон , отрицательно заряженные частицы электрон и частицы, не имеющие заряда нейтрон , но заряд отдельно от частицы не существует. Фарадей установил закон сохранения электрического заряда — алгебраическая сумма зарядов любой замкнутой системы остается величиной постоянной. Другими словами электрические заряды не создаются и не пропадают, они могут быть либо переданы от одного тела к другому, или перемещены внутри одного тела. Электрический заряд величина релятивистки инвариантная, т. Закон взаимодействия точечных зарядов был установлен Кулоном в году с помощью крутильных весов. Точечным зарядом называется заряд, сосредоточенный на теле, размерами которого в данных условиях можно пренебречь. Закон Кулона — сила взаимодействия двух точечных зарядов, расположенных в вакууме , пропорциональна произведению зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами и направлена вдоль прямой, проходящей через центры зарядов. Сила F называется кулоновской силой. Эта сила является центральной рис. Значение коэффициента k зависит от выбора системы единиц. В международной системе СИ коэффициент k принимается равным. Она относится к числу фундаментальных физических постоянных. Для понимания происхождения и передачи сил, действующих между покоящимися зарядами, необходимо допустить наличие между зарядами какого-то физического агента, осуществляющего это взаимодействие. Этим агентом, по мнению М. Фарадея, является электрическое поле. Когда в каком либо месте появляется электрической заряд, то вокруг него появляется электрическое поле. Основное свойство электрического поля заключается в том, что на всякий другой заряд, помещенный в это поле, будет действовать сила. Мы будем рассматривать электрические поля создаваемые неподвижными электрическими зарядами и называемые электростатическими полями. Для обнаружения и опытного исследования, электростатических полей используется пробный электрический заряд. В качестве пробного заряда используется точечный, положительный заряд. Напряженностью электрического поля Е называется физическая величина численно равная силе F, действующей на положительный единичный заряд, помещенный в данную точку поля. Как следует из формул 1. Вектор напряженности электрического поля совпадает по направлению с направлением силы, действующей на положительный заряд. Поэтому вектор напряженности электрического поля направлен от положительного заряда к отрицательному заряду рис. Для описания электрического поля нужно задать вектор напряженности в каждой точке поля. Это можно сделать аналитически, выражая зависимость напряженности поля от координат, в виде формул. Однако такую зависимость можно представить и графически, используя так называемые силовые линии линии напряженности. Непрерывная линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с вектором напряженности электрического поля называется силовой линией поля рис. Если в каждой точке поля вектор напряженности остается величиной постоянной, то поле называется однородным. Силовые линии такого поля представляют собой прямые параллельные линии рис. Силовые линии электрического поля начинаются на положительном заряде и заканчиваются на отрицательном заряде рис. Поэтому иногда говорят, что положительный заряд можно считать истоком электрического поля, а отрицательный заряд — стоком поля. Если электрическое поле создается не одним, а несколькими зарядами, то на основании принципа независимости действия сил , можно утверждать, что напряженность результирующего электрического поля будет равна геометрической сумме напряженностей, создаваемых каждым зарядом в отдельности, т. Используя принцип суперпозиции полей можно рассчитать напряженность поля создаваемого протяженным электрическим зарядом. Чтобы с помощью линий напряженности можно было характеризовать не только, направление, но и величину вектора напряженности электрического поля, условились проводить их с определенной густотой: Тогда число линий напряженности, пронизывающих элементарную площадку , нормаль к которой образует угол с вектором напряженности Е, будет равно. Величина называется потоком вектора напряженности через площадку рис. Для произвольной поверхности S поток вектора напряженности определяется по формуле. Поток вектора напряженности величина скалярная. Знак потока зависит не только от электрического поля, но и выбора положительного направления нормали к поверхности. Как правило, за положительное направление нормали принимается направление внешней нормали к поверхности. Расчет электрических полей значительно упрощается, если использовать теорему Гаусса, теорему, определяющую поток вектора напряженности электрического поля через любую замкнутую поверхность. Она была установлена в виде некоторой общей математической теоремы и Гауссом — применительно к случаю электрического поля. Докажем теорему вначале для точечного заряда q. Окружим точечный заряд сферой радиуса R рис. Полученный результат будет справедлив и для любой другой замкнутой поверхности. Если поверхность не охватывает зарядов, то. В этом случае линии напряженности и входят, и выходят из поверхности. Пусть имеется бесконечная плоскость, равномерно заряженная с поверхностной плотностью заряда. Очевидно, что вектор напряженности в этом случае, будет перпендикулярен плоскости. В противном случае, появится составляющая вектора напряженности рис. В этом случае в качестве замкнутой поверхности удобно выбрать прямой цилиндр, перпендикулярный к заряженной плоскости, ограниченный двумя плоскими основаниями, перпендикулярными к линиям напряженности и расположенными по обе стороны плоскости рис. Так как вектор напряженности не пронизывает боковой поверхности цилиндра, то , но по теореме Гаусса. Из равенства правых частей этих выражений следует, что равномерно заряженная плоскость создает однородное электрическое поле с напряженностью. Поле у поверхности заряженного проводника. Учитывая, что вектор напряженности поля перпендикулярен поверхности проводника рис. Величина D получила название электрического смещения, так как у поверхности заряженного проводника она равна поверхностной плотности заряда , т. Как видно из полученного выражения напряженность электрического поля в этом случае не зависит от формы проводника и распределения зарядов на нем. Рассмотрим электрическое поле создаваемое двумя равномерно заряженными пластинами. При появлении на одной из пластин заряда с поверхностной плотностью , на второй пластине появляется заряд противоположного знака с поверхностной плотностью рис. Эти заряды под действием силы взаимного притяжения будут сосредоточены на внутренних поверхностях пластин. Заряженные плоскости каждой пластины создают по обе стороны от себя электрическое поле с напряженностью, выражаемой формулой. Вне пластин эти напряженности направлены в разные стороны и их сумма равна нулю рис. Между пластинами, напротив, эти поля направлены в одну сторону и, складываясь, дают. Рассмотрим электрическое поле, создаваемое равномерно заряженной с линейной плотностью заряда нитью. В качестве замкнутой поверхности в этом случае удобно взять цилиндрическую поверхность, ось которой совпадает с нитью рис. Очевидно, что и в этом случае вектор напряженности перпендикулярен нити и будет пронизывать боковую поверхность цилиндра. Следовательно, поток вектора напряженности , но по теореме Гаусса. Из равенства правых частей этих выражений следует, что напряженность электрического поля равномерно заряженной нити определяется выражением. Найдем работу электрического поля, создаваемого точечным электрическим зарядом , при перемещении заряда q из точки В в точку С рис. По определению работа на малом участке пути определяется по формуле. Учитывая, что и , получим для элементарной работы. Интегрируя полученное выражение, будем иметь:. Функция , определяемая выражением 1. Величину называют разностью потенциалов между двумя точками электрического поля. Понятие разности потенциалов широко используют по двум причинам. Во-первых, описание электрического поля при помощи потенциала гораздо проще, чем при помощи напряженности поля. Напряженность поля вектор, в то время как потенциал есть скаляр и вполне определен в каждой точке одной величиной — своим численным значением. Во-вторых, разность потенциалов гораздо проще измерить на опыте, чем напряженность поля. Для измерения напряженности электрического поля нет удобных методов, в то же время существуют многочисленные методы измерения разности потенциалов и разнообразные приборы. Разность потенциалов достаточно просто измерить на опыте. Для этого служат приборы, называемые электрометрами или электростатическими вольтметрами. Простейший электрометр содержит легкую стрелку, упрепленную на металлическом стержне. Стрелка может поворачиваться вокруг горизонтальной оси. Стержень со стрелкой помещают внутрь металлического корпуса, чтобы защитить от влияния внешних электрических полей и хорошо изолируют от него рис. Прибор имеет шкалу, позволяющую отсчитывать угол отклонения стрелки прибора. Для измерения разности потенциалов напряжения между Землей и заряженным проводником корпус прибора заземляют, а стержень соединяют с заряженным телом. Легко показать, что отклонение стрелки электрометра будет зависеть только от напряжения существующего между стрелкой и корпусом. Так как электрометр имеет металлический корпус, то электрическое поле, возникающее в нем, будет зависеть только от напряжения приложенного к электрометру. В электрическом поле на стрелку будут действовать силы, приводящие к ее отклонению от вертикали. Прибор можно проградуировать, т. Данный электрометр очень удобен для измерения высоких напряжений, а для измерения малых разностей потенциалов применяются другие методы. Выбор произвольной постоянной С в выражении 1. Потенциал данной точки электрического поля численно равен работе, которую совершают силы поля при перемещении положительного единичного заряда из бесконечности в данную точку поля. Потенциал электростатического поля представляет собой функцию, меняющуюся от точки к точке. Однако во всяком реальном случае можно выделить совокупность точек имеющих одинаковый потенциал. Геометрическое место точек, имеющих одинаковый потенциал, называется поверхностью равного потенциала или эквипотенциальной поверхностью. Электрическое поле можно изображать не только с помощью линий напряженности, но и с помощью эквипотенциальных поверхностей. При этом нужно иметь в виду, что линии напряженности всегда перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям. В случае точечного заряда эквипотенциальные поверхности представляют собой сферы с центром, совпадающим с точечным зарядом пунктирные линии на рис. Работа сил электрического поля на замкнутом пути равна нулю. Следовательно, электрическое поле является потенциальным, а электрические силы консервативны. Ранее мы показали, что работа консервативных сил равна изменению потенциальной энергии, взятой с противоположным знаком. Поскольку в бесконечности , то. Следовательно, потенциальная энергия заряда в поле определяется по формуле. Установим теперь связь между напряженностью поля и потенциалом. Существование такой связи следует из того факта, что работа электрических сил, выражаемая через напряженность, может быть выражена и через разность потенциалов. Найдем работу по перемещению заряда в направлении оси Х. С одной стороны , но с другой -. Рассуждая аналогично, можно получить, что. Тогда в общем случае будем иметь. Напряженность электрического поля равна градиенту потенциала, взятому с противоположным знаком. Знак минус говорит о том, что напряженность поля всегда направлена в сторону убывания потенциала. Если в качестве заряда, переносимого в поле, взять положительный единичный заряд, то работу по его перемещению на пути можно найти по формуле: Для определения работы на замкнутом пути это выражение необходимо проинтегрировать -. Выражение называется циркуляцией вектора напряженности электрического поля. Ранее мы показали, что работа сил электрического поля на замкнутом пути равна нулю и, значит. Равенство нулю этого интеграла говорит о том, что в природе существует два вида электрических зарядов, являющихся истоками и стоками электрического поля. Электрическое поле в вакууме. Поток вектора напряженности электростатического поля. Работа по перемещению заряда в поле. Напряженность электрического поля как градиент потенциала. Циркуляция вектора напряженности электрического поля по замкнутому контуру. Из обобщения опытных фактов были установлены основные свойства электрического заряда. Подписаться на рассылку Pandia. Интересные новости Важные темы Обзоры сервисов Pandia. Основные порталы, построенные редакторами. Бизнес и финансы Бизнес: Каталог авторов частные аккаунты. Все права защищены Мнение редакции может не совпадать с мнениями авторов. Минимальная ширина экрана монитора для комфортного просмотра сайта: Мы признательны за найденные неточности в материалах, опечатки, некорректное отображение элементов на странице - отправляйте на support pandia. О проекте Справка О проекте Сообщить о нарушении Форма обратной связи. Авторам Открыть сайт Войти Пожаловаться. Архивы Все категории Архивные категории Все статьи Фотоархивы. Лента обновлений Педагогические программы. Правила пользования Сайтом Правила публикации материалов Политика конфиденциальности и обработки персональных данных При перепечатке материалов ссылка на pandia.
Ru Почта Мой Мир Одноклассники Игры Знакомства Новости Поиск Все проекты Все проекты. Категории Все вопросы проекта Компьютеры, Интернет Темы для взрослых Авто, Мото Красота и Здоровье Товары и Услуги Бизнес, Финансы Наука, Техника, Языки Философия, Непознанное Города и Страны Образование Фотография, Видеосъемка Гороскопы, Магия, Гадания Общество, Политика, СМИ Юридическая консультация Досуг, Развлечения Путешествия, Туризм Юмор Еда, Кулинария Работа, Карьера О проектах Mail. Ru Наука, Техника, Языки Гуманитарные науки Естественные науки Лингвистика Техника. Вопросы - лидеры всегда ли в магнитном поле есть электричество? Чудо происхождения жизни из неживой материи обозвали абиогенезом и успокоились. Разрушено ли чудо таким способом? Скорость космического челнока 1 ставка. Вопрос про затухающие колебания. Лидеры категории Антон Владимирович Искусственный Интеллект. Vasily Pinchuk Ученик , закрыт 6 лет назад. Это свойство нельзя уничтожить и оно есть у материальных тел всегда. Отличие в том, что перемещение электрических зарядов в проводнике вызвано перемещением их носителей-электронов. А вот чем вызвано перемещение электрических зарядов в физическом вакууме, в космосе никто пока не знает. Через пустоту заряды передаваться не могут. А природу перемещения в физвакууме, в кажущейся пустоте, пока не раскрыли. А, в принципе, ничем он не отличается. Свойство оно и в Африке свойство. Sagittarius Оракул 6 лет назад Если не пудрить мозги космосом и Африкой, то все очень просто. Действие электрического заряда в среде ослаблено за счет диэлектрической экранировки. Все просто, если не мудрить на ровном месте. Ru О компании Реклама Вакансии. Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome , Mozilla Firefox , Opera , Internet Explorer 9 или установите браузер Амиго.
Пантеизм эпохи возрождения
Проблема истины и заблуждения
Приготовить пахлаву видео
Отметьте двусоставные предложения
Вентиль в разрезе чертеж