Электростатика. Подготовка к ЕГЭ.

Электродинамика Часть -1 Электростатика

Наука о свойствах и закономерностях поведения электромагнитного поля, осуществляющего взаимодействие между зарядами, называется электродинамикой.

Электричество

В V в. до н. э. люди заметили, что пылинки притягиваются к натертому янтарю

(от греческого «электрон» - электричество).

Строение атома

Атом — нейтральная частица. Он состоит из ядра и электронов. Число электронов равно числу протонов в ядре.

Электрон е — элементарная неделимая частица с отрицательным зарядом.

Заряд протона равен заряду электрона, но с противоположным знаком.

Тело всегда обладает массой, но заряд тела может быть равен 0.

Заряд тела « + »: не хватает е.

Заряд тела « —»: избыток е.

Строение атома

Атом — нейтральная частица. Он состоит из ядра и электронов. Число электронов равно числу протонов в ядре.

Электрон е — элементарная неделимая частица с отрицательным зарядом.

Заряд протона равен заряду электрона, но с противоположным знаком.

Тело всегда обладает массой, но заряд тела может быть равен 0.

Заряд тела « + »: не хватает е.

Заряд тела « —»: избыток е.

Электризация

Электризация трением Электроны переходят от тела В к телу А .

Электризация

Электризация через влияние

Появляется индуцированный заряд на теле, соединенном с землей

Взаимодействие зарядов

1. Электрометр заряжен отрицательно (листочки разошлись).

2. Поднесли стеклянную палочку — электрометр разрядился. Следовательно, палочка была заряжена положительно.

Взаимодействие зарядов

1. Электрометр заряжен отрицательно (листочки разошлись).

2. Поднесли стеклянную палочку — электрометр разрядился. Следовательно, палочка была заряжена положительно.

Опыт Иоффе — Милликена

Определили, что е = 1,6·10 -19 Кл .

Эндрюс Милликен

Абрам Федорович Иоффе

(1858–1953)

(1890–1960)

В результате опытов Милликена и Иоффе был установлен фундаментальный для физики факт — дискретность электрического заряда — и найдена количественная характеристика дискретности. Тем не менее, в современной теоретической физике существуют объекты, обладающие дробным зарядом. Это кварки, заряды которых по абсолютной величине составляют 1/3 и 2/3 элементарного. Однако эти частицы не существуют в свободном виде, а их связанные состояния — адроны — обладают уже целым зарядом (в единицах элементарного).

Масса электрона

m e = 9,1·10 -31 кг

Сэр Джозеф Джон Томсон

( 1856 — 1940) 

Закон сохранения

электрического заряда

В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной:

q 1  +  q 2  +  q 3  + ... + q n  = const .

Выводы:

1. Электрические заряды существуют в двух видах.

2. Все электрические заряды кратны заряду е .

• Алгебраическая сумма зарядов в изолированной системе постоянна.
• Величина заряда не зависит от скорости движения частиц.

Применение и учет

электризации

Сотрудники, занимающиеся монтажом электронных микросхем, обязаны одевать специальные браслеты с проводом, подключаемым к заземлению. 

Движущиеся на конвейере корпус автомобиля, заряжают положительно, а частицам краски придают отрицательный заряд, и они устремляются к положительно заряженной детали. Слой краски на ней получается тонкий, равномерный и плотный.

Копировальные установки; очистка газа, сточных вод; учет при пайке микросхем и т. д.

Закон Кулона

1785 г. Установлен закон взаимодействия точечных зарядов.

Проведя большое количество опытов, Кулон установил:

Шарль Огюстен Кулон

(1736-1806)

Закон Кулона

1785 г. Установлен закон взаимодействия точечных зарядов.

Проведя большое количество опытов, Кулон установил:

Шарль Огюстен Кулон

(1736-1806)

Выражается k в k = 9 .

Закон Кулона

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Кулоновская сила подчиняется III закону Ньютона: силы взаимодействия между зарядами равны по модулю и направлены противоположно друг другу вдоль прямой, соединяющей эти заряды.

Единица заряда — кулон (1 Кл).

Это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока в 1 А.

Минимальный заряд, существующий в природе,— заряд электрона: е = 1,610 -19 Кл.

Электрическая постоянная (ε о )

= 8,85 .

,

Эта запись закона Кулона в СИ для вакуума.

1 и зависит от самой среды; показывает, во сколько раз сила взаимодействия точечных заряженных тел в вакууме больше их сил взаимодействия в среде:   Закон Кулона для среды в СИ:  " width="640"

Диэлектрическая постоянная среды (ε)

Диэлектрическая постоянная ε характеризует электрические свойства среды.

Для любой среды ε 1 и зависит от самой среды; показывает, во сколько раз сила взаимодействия точечных заряженных тел в вакууме больше их сил взаимодействия в среде:

Закон Кулона для среды в СИ:

Напряженность электрического поля

1. Теория близкодействия (М. Фарадей).

2. Теория дальнодействия (мгновенное действие на расстоянии).

3. Идею М. Фарадея подтвердил Дж. Максвелл:

После того, как был установлен закон Кулона, электростатика и магнитостатика были сформулированы в форме теории псевдоблизкодействия. Максвелл взялся за задачу слить эту теорию воедино с идеями Фарадея, разработав ее так, чтобы она включала и вновь открытые явления диэлектрической и магнитной поляризации, электромагнетизма и магнитной индукции.

Майкл Фарадей

Джеймс Клерк Ма́ксвелл

(22.09.1791— 25.08.1867 )

(13.06.1831—5.11.1879)

Электрическое поле

Особый вид материи, существующий независимо от нас, от наших знаний о нем, называется электрическим полем.

Свойства электрического поля

1. Действует на заряд с силой

2. Порождается зарядами.

3. Способно совершать работу по перемещению заряда. Напряженность — силовая характеристика электрического

поля:

;

где Q — заряд, создающий электрическое поле;

— диэлектрическая проницаемость вещества;

Электрическое поле

=

const

где q — пробный заряд.

Единицы напряженности

Выражается E в Н/Кл .

Принцип суперпозиции полей

Заряд q пробный. Внесен в поле, созданное зарядами q 1 и q 2 .

Электрическое поле

Принцип суперпозиции полей

Заряд q пробный. Внесен в поле, созданное зарядами q 1 и q 2 .

Напряженность поля,

созданного заряженным металлическим шаром

Электрическое поле

Графическое изображение электрических полей

Линии напряженности уединенного отрицательно заряженного шарика.

Линии напряженности уединенного пoложительно заряженного шарика.

Однородное поле

Неоднородное поде

Линии напряженности электрического поля начинаются на «+ » зарядах и заканчиваются на « —» зарядах.

Линией напряженности называется линия, касательная к конторой в каждой точке совпадает с вектором напряженности .

Примеры решения задач

1. Как надо изменить расстояние между двумя одинаковыми точечными зарядами, чтобы при помещении их из воздуха в масло с относительной диэлектрической проницаемостью 2 сила взаимодействия уменьшилась в 8 раз ?

Дано:

Решение:

Сила взаимодействия точечных зарядов в воздухе определяется формулой:

а в масле:

Примеры решения задач

Дано:

Решение:

Так как по условию F 1 = 8F 2 , то можно записать

Произведя сокращения, получаем

Отсюда

Ответ: Расстояние между зарядами надо увеличить в 2 раза.

Примеры решения задач

2. Как изменится сила взаимодействия двух одинаковых маленьких шариков с зарядами +12 нКл и —24 нКл, если их привести в соприкосновение, а затем развести на прежнее расстояние?

Дано:

Решение:

Сила взаимодействия шариков до соприкосновения равна:

В соответствии с законом сохранения заряда, их общий заряд до соприкосновения равен сумме их зарядов после соприкосновения:

Примеры решения задач

q — заряд каждого из шариков после их контакта. Отсюда

Сила взаимодействия шариков после соприкосновения равна

Найдем, как изменится сила взаимодействия шариков:

Ответ: Сила взаимодействия заряженных шариков после соприкосновения уменьшится в 8 раз.

Примеры решения задач

3. Шарик массой 2 г, имеющий заряд 50 нКл, подвешен в воздухе на тонкой изолирующей нити. Определите натяжение нити, если снизу на расстоянии 5 см расположен заряд —100 нКл.

Решение:

Дано:

Запишем

первый закон Ньютона:

В проекциях на ось х:

Примеры решения задач

4. Между двумя точечными зарядами +15 нКл и +10 нКл помещен третий заряд —5 нКл. Расстояние между первым и вторым зарядом равно 1 м, а третий заряд помещен на прямой, соединяющей их, на равном расстоянии от них. Найдите силу, действующую на третий заряд.

Дано:

Решение:

Примеры решения задач

Дано:

Решение:

Примеры решения задач

Решение:

Примеры решения задач

5. В вершинах равностороннего треугольника со стороной 10 см расположены заряды q 1 = +100 нКл, q 2 = +200 нКл и q з = +150 нКл. Найдите силу, действующую на третий заряд.

Дано:

Решение:

http://dvsschool.zz.mu/

Примеры решения задач

Сложим F 1 и F 2 по правилу параллелограмма. Величину равнодействующей силы R найдем по теореме косинуса, учитывая, что угол в треугольнике АВС против стороны АС равен 120°.

Примеры решения задач

ВНИЗ

3,6

F = = 36 Н

3

4