Поиск по базе сайта:
Закон кулона. План ответа : Электрическое поле. Закон Кулона icon

Закон кулона. План ответа : Электрическое поле. Закон Кулона




Скачати 83.51 Kb.
НазваЗакон кулона. План ответа : Электрическое поле. Закон Кулона
Дата конвертації26.01.2013
Розмір83.51 Kb.
ТипЗакон
1. /bilet_7_1.docxЗакон кулона. План ответа : Электрическое поле. Закон Кулона

БИЛЕТ № 7

ВОПРОС № 1

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТОЧЕЧНЫХ ЗАРЯДОВ. ЗАКОН КУЛОНА.

План ответа:

1. Электрическое поле.

2. Закон Кулона.

3. Напряжённость электростатического поля.

4. Потенциал и разность потенциалов электростатического поля.


1. Электрическое поле.

Ещё древнегреческие учёные заметили, что янтарь (окаменевшая смола хвойных деревьев) при натирании его шерстью начинает притягивать к себе различные тела. По-гречески янтарь – электрон, отсюда произошло название «электричество».

Про тело, которое после натирания притягивает к себе другие тела, говорят, что оно наэлектризовано или, что телу сообщён электрический заряд.

Электризоваться могут тела, сделанные из разных веществ.

Электризация тел происходит при соприкосновении и последующем разделении тел (трут тела друг о друга лишь для того, чтобы увеличить площадь их соприкосновения). Все наэлектризованные тела оказывают воздействие на другие тела, которые могут быть как наэлектризованными, так и электрически нейтральными. Это воздействие проявляется как в их взаимном притяжении, так и отталкивании, что позволило сделать вывод о существовании двух родов электрического заряда, которым условно приписаны знаки: положительные и отрицательные.

Даже не смотря на то, что в 1785 году французский учёный Шарль Кулон экспериментально установил закон взаимодействия неподвижных электрических зарядов (о котором пойдёт речь ниже), оставался нерешённым вопрос: как осуществляется это взаимодействие.

Ответ на данный вопрос был дан английским учёным Фарадеем. Согласно его теории каждый электрический заряд в пространстве вокруг себя создаёт электрическое поле, которое с некоторой силой действует на другой заряд, который находится в этом поле, а в свою очередь электрическое поле, созданное вторым зарядом, действует на первый.

Теория Фарадея в дальнейшем была развита английским учёным Максвеллом.

Согласно теории Фарадея и Максвелла пространство, окружающее наэлектризованное тело, отличается от пространства, находящегося вокруг не наэлектризованных тел. В пространстве, вокруг электрического заряда, существует электрическое поле.

Электрическим полем называют особый вид материи, посредством которого происходит взаимодействие электрических зарядов, т.е. поле играет роль передатчика взаимодействий между заряженными телами.

Свойства электрического поля:

- является материальным (обладает энергией);

- порождается электрическим зарядом;

- обнаруживается по действию на заряд, который в него вносится.

Поле, создаваемое неподвижными электрическими зарядами, называется электростатическим.

Любое электростатическое поле характеризуется двумя физическими величинами: векторной силовой характеристикой - напряжённостью Е и скалярной энергетической характеристикой - потенциалом электростатического поля φ.


2. Закон Кулона.

Основным законом электростатики является закон взаимодействия двух неподвижных заряженных тел, который был экспериментально установлен в 1785 году французским физиком Шарлем Кулоном и носит его имя.

Согласно закону Кулона сила, с которой взаимодействуют два точечных заряда, прямо пропорциональна величинам зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль линии, соединяющей эти заряды:

(1),

где q1 и q2 — величины взаимодействующих точечных зарядов,

r — расстояние между ними,

k - коэффициент пропорциональности (), который показывает, с какой силой взаимодействуют два неподвижных точечных заряда в 1 Кл, находящиеся на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме.

Формула (1) определяет модули сил, с которыми взаимодействуют заряды. Силы направлены по прямой линии, соединяющей заряды. Заряд q1 действует на заряд q2 с силой F12, а заряд q2 действует на заряд q1 с силой F21 (см. рис 7). В соответствии с третьим законом Ньютона . Если заряды одноименные, то действующие на них силы направлены в противоположные стороны (рис.1, а). Если же заряды разноименные, то действующие на них силы направлены на встречу друг другу (рис.1, б).


Рис. 1 Силы взаимодействия между зарядами

а – одноимёнными; б - разноимённыеми


На этом, в принципе, ответ на экзамене заканчивается.

Однако получить дополнительные вопросы вы можете по основным характеристикам электрического поля, поэтому предлагаю Вам продолжить изучение вопросов изложенных мелким шрифтом на желтом фоне.


3. Напряжённость электростатического поля.

Напряжённостью электрического поля называется векторная физическая величина, равная отношению силы , с которой поле действует на помещённый в него точечный положительный заряд q (пробный заряд), к величине этого заряда:



Единицей измерения напряжённости электрического поля является:

.

Направление вектора совпадает с направление силы, действующей на положительный заряд и противоположно направлению силы, действующей на отрицательный заряд (см. рис. 1).


Рис. 1


Для изображения электрического поля на чертежах, рисунках, схемах пользуются силовыми линиями.

Силовыми линями (линиями напряжённости) называются непрерывные линии, касательные к которым в каждой точке, через которую они проходят, совпадают с направлением векторов напряжённости в этих точках (см. рис. 2).


Рис. 2.

Так как электрическое поле существует во всех точках пространства, то через любую точку можно провести силовую линию. А так как напряжённость поля в какой-нибудь точке имеет вполне определённую величину и направление, то, следовательно, через эту точку можно провести только одну силовую линию. Отсюда следует, что силовые линии нигде не пересекаются. Они могут только сходиться к заряду или расходиться от него.

На рисунке 3 в качестве примера показаны картины электрических полей, изображённых с помощью силовых линий.

По тому, как густо расположены силовые линии в поле, можно судить о величине напряжённости поля.




Рис.3 Силовые линии электростатических полей двух заряженных шариков: а- при разноименных зарядах; б- при одноименных.


Электрическое поле называется однородным, если в каждой его точке вектор напряженности одинаков по модулю и направлению, т. е. =const. Примером однородного электростатического поля является поле, созданное двумя параллельными заряженными пластинами (см. рис 4).







Рис. 4 Однородное электрическое поле в центральной части между параллельными пластинами.



Если напряжённость электрического поля в некоторой точке пространства

q1>0

q2<0

A










Рис. 5


На рисунке 5 указано направление результирующего поля в точка А, созданного двумя зарядами q1 и q2.

Модуль напряжённости поля, созданного точечным зарядом q0 на расстоянии r от него равен: ,

где ε – диэлектрическая проницаемость среды.

Диэлектрическая проницаемость среды – это физическая величина, показывающая, во сколько раз модуль напряжённости электрического поля внутри однородного диэлектрика меньше модуля напряжённости поля в вакууме.

Модуль напряжённости электрического поля бесконечной равномерно заряженной плоскости:



где – поверхностная плотность заряда q, равномерно распределённого по поверхности тела площадью S.

Модуль напряжённости электрического поля, создаваемого металлической заряжённой сферой радиусом R на расстоянии r от центра сферы:


F =
0 при r
при rR.

Внутри проводящей сферы напряжённость электрического поля равна нулю. На этом факте основана так называемая электростатическая защита, суть которой будет описана ниже.


4. Потенциал и разность потенциалов электростатического поля.

Потенциал электростатического поля φ — скалярная физическая величина, равная отношению потенциальной энергии W, которой обладает точечный заряд q в данной точке пространства, к величине этого заряда:



Потенциальная энергия заряда W = qEd, где Е – напряжённость электрического поля, d – расстояние от точки, в которой потенциальная энергия принимается равной нулю.

Единицей потенциала в СИ является вольт: .

Один вольт — потенциал, создаваемый электростатическим полем в точке, в которой потенциальная энергия пробного заряда величиной один кулон равна одному джоулю.

Так как электростатическое поле является потенциальным, т.е. его работа не зависит от формы траектории и по замкнутой траектории равна нулю, то работу сил электростатического поля по перемещению заряда q из произвольной точки пространства 1 в произвольную точку 2 (см. рис. 6) можно вычислить как:

А = W1-W2




Рис. 6 Определение разности потенциалов между точками 1 и 2

Если потенциал, создаваемый электростатическим полем в точке 1, равен φ1, а в точке 2 — φ2, то выражение для работы А сил поля можно переписать в виде:

.

Таким образом, для расчета работы сил электростатического поля по перемещению заряда q достаточно знать только разность потенциалов 1 - φ2) между начальной и конечной точками положения заряда в пространстве.

В электростатическом поле разность потенциалов называют еще электрическим напряжением и обозначают U.

Из выражения для работы следует, что . Таким образом, под разностью потенциалов (электрическим напряжением) между двумя точками в пространстве понимают отношение работы сил электростатического поля по перемещению точечного заряда q из точки 1 в точку 2 к величине этого заряда.

Если конечная точка 2 перемещения заряда является бесконечно удалённой, то её потенциал φ2 принято считать равным нулю, тогда .

Таким образом, потенциал электростатического поля в данной точке пространства численно равен работе, которую совершают силы поля при перемещении единичного положительного точечного заряда из данной точки пространства в бесконечность.

Под действием сил электростатического поля свободный положительный точечный заряд перемещается из точки с более высоким потенциалом в точку с более низким потенциалом, а отрицательный - наоборот.

Если в некоторой точке пространства поле создаётся одновременно несколькими электрическими зарядами, то потенциал результирующего поля равен алгебраической сумме потенциалов, создаваемых каждым из этих зарядов по отдельности в этой же точке (принцип суперпозиции потенциалов):



Если электрическое поле создано точечным зарядом q, то потенциал на расстоянии r от точечного заряда равен

Потенциал электрического поля металлической заряжённой сферы радиусом R:


φ =
при r≤R;


при r>R.


Для однородного электрического поля существует зависимость между напряжённостью Е и разностью потенциалов или напряжением :

,

где φ1 – φ2 – разность потенциалов (напряжение) между точками, находящимися на расстоянии d вдоль линии напряжённости.

Список рекомендуемой литературы:

  1. Физика: Учеб. Пособие для 8-го кл. общеобазоват. шк. с русск. яз. обучения / А.В. Перышкин, Н.А. Родина - М.: Просвещение, 1993.- 191 с.:ил.

  2. Физика: Учеб. Пособие для 11-го кл. общеобазоват. шк. с русск. яз. обучения / В.В. Жилко, Л.Г. Маркович - Мн.: Народная асвета, 2008.- 359 с.:ил.




Схожі:




База даних захищена авторським правом ©lib.exdat.com
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації