Теории (Теория к экзамену)

Электрический заряд. Свойства электрического заряда. Закон Кулона
Электрический заряд - неотъемлемое свойство некоторых элементарных частиц.
-Имеются 2 вида электрических зарядов: + и -. Заряды одного знака отталкиваются, разных знаков - притягиваются друг другом.

Заряд всех элементарных частиц (не равен нулю) одинаков по абсолютной величине. Элементарным зарядом: электрон (отрицательный заряд - е) протон (положительный заряд + е) и нейтрон (заряд равен нулю).

Свойства - Величина заряда, не зависит от того, этот заряд движется или покоится.
- Суммарный заряд электрически изолированной системы не может изменяться (закона сохранения электрического заряда)

З акон Кулона- Сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов (размер которого можно пренебречь)

Электрическое поле
Это физическое поле, которое окружает каждый электрический заряд и оказывает силовое воздействие на все другие заряды, притягивая или отталкивая их

Всякий заряд изменяет свойства окружающего его пространства – создает в нем э. поле

Напряжённость электростатического поля. Силовые линии.
Напряжённость электростатического поля вектор напряженности электрического поля.

Силовые линии - Линии, касательные к которым совпадают с направлением вектора напряженности электрического поля.

Принцип суперпозиции для электростатического поля и его применение к расчёту поля системы неподвижных зарядов.

Напряженность поля системы зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, которые создавал бы каждый из зарядов

Позволяет вычислить напряженность поля любой системы зарядов.

Р асчет электрического поля равномерно заряженного кольца.

Потенциал электростатического поля. Связь вектора напряжённости электростатического поля и потенциала.

Потенциал электростатического поля
Потенциальная энергия q’ в поле заряда q:

Потенциал поля:

Связь вектора напряжённости электростатического поля и потенциала.
Сила F связана с потенциальной энергией соотношением

Работа электростатического поля при перемещении зарядов. Циркуляция вектора напряжённости. Теорема о циркуляции вектора напряженность электростатического поля в интегральной и дифференциальной формах

Работа электростатического поля при перемещении зарядов
В любой точке поля, создаваемого зарядом q, на другой заряд q’ действует сила:

=

Поэтому работа совершается силами поля над q’ при перемещении его не зависит от пути: или =

Циркуляция вектора напряжённости.
Интеграл можно брать по любой линии, соединяющей точки 1 и 2, работа сил поля не зависит от пути. Для обхода по замкнутому контуру Ф1 = Ф2

Энергия системы неподвижных зарядов.
Потенциал поля, создаваемого системой зарядов, равен алгебраической сумме потенциалов, создаваемых каждым из зарядов в отдельности

Принцип суперпозиции и его применение к расчёту поля системы неподвижных зарядов.Расчет электрического поля диполя.

Э лектрический диполь в электростатическом поле.
Если диполь поместить в однородное электрическое поле, образующие диполь заряды + q и - q окажутся под действием равных по величине, но противоположных по направлению сил F1 и F2

Момент сил стремится повернуть диполь так, чтобы его электрический момент р установился по направлению поля.

Сила, действующая на диполь в электростатическом поле.

Механический момент, действующий на диполь в электростатическом поле.

Поток вектора напряжённости электрического поля.

Потоком вектора Е называют число силовых линий, пронизывающих элементарную площадку dS, нормаль n которой составляет угол a с вектором Е

Теорема Гаусса для вектора напряжённости электрического поля в вакууме в интегральной форме в вакууме(в дифференциальной форме.)

Поток вектора E через любую замкнутую поверхность:
с

Расчет электрического поля равномерно заряженного цилиндра.

Если , E = 0

Расчет поля равномерно заряженной плоскости.

Расчет электрического поля равномерно заряженного шара.

Уравнение Пуассона.

Расчет электрического поля равномерно заряженной сферы.

Э лектростатическое поле в диэлектрике.

Поле в диэлектрике является суперпозицией поля:

Поляризация диэлектриков.

Под действием внешнего поля диэлектрик поляризуется.

Векторная величина Р - поляризованность диэлектрика

Поляризованность.
ϰ – диэлектрическая восприимчивость диэлектрика

Вектор поляризованности.

Свободные и связанные заряды.

Заряды, входящие в состав молекул диэлектрика, называются связанными

Заряды, которые, хотя и находятся в пределах диэлектрика, но не входят в состав его молекул, а также заряды, расположенные за пределами диэлектрика – сторонные

Связь вектора поляризованности с плотностью связанных зарядов.

Теорема Гаусса для вектора поляризованности.

Вектор электрического смещения.

Электрическое смещение (электрическая индукция)
- Диэлектрическая проницаемость среды

Теорема Гаусса для вектора электрического смещения в интегральной и дифференциальной формах.

Поток электрического смещения через замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности сторонних зарядов.

Связь между векторами напряженности электростатического поля, электрического смещения и поляризованности.

Диэлектрическая проницаемость и диэлектрическая восприимчивость вещества.

Поляризованность.
ϰ – диэлектрическая восприимчивость диэлектрика

Электрическое смещение (электрическая индукция)

- Диэлектрическая проницаемость среды

Электростатическое поле на границе раздела диэлектриков.

Вблизи поверхности раздела двух диэлектриков векторы Е и D должны удовлетворять определенным граничным условиям, которые вытекают из соотношений

Граничные условия для векторов напряженности электростатического поля, электрического смещения и поляризованности на границе двух диэлектриков.

Проводники в электростатическом поле.

При внесении незаряженного проводника в электрическое поле носители заряда приходят в движение: положительные в направлении вектора Е, отрицательные - в противоположную сторону

Электростатическое поле вблизи поверхности проводника.

Напряженность поля всюду внутри проводника должна быть равна нулю

Напряженность поля на поверхности проводника должна быть в каждой точке направлена по нормали к поверхности

Проводник с током в электрическом поле

Внутри проводника с током имеется электрическое поле, линии которого, если проводник однородный, в точности повторяют линии тока. Это поле создается зарядами, распределенными по поверхности проводника с током

Электрическое поле в проводнике с током, сторонние силы.

Смещение зарядов под действием электрического поля в проводнике всегда происходит таким образом, что электрическое поле в проводнике исчезает и ток прекращается.

Для протекания тока в течение продолжительного времени на заряды в электрической цепи должны действовать силы, отличные по природе от сил электростатического поля, такие силы получили название сторонних сил.

Циркуляция вектора напряженности сторонних сил. ЭДС.

Циркуляция вектора напряженности стронных сил равна ЭДС, действующей в замкнутой цепи.

Величина, равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС)

Конденсатор
Конденсаторы делают в виде двух проводников, помещенных близко друг к другу. Образующие конденсатор проводники – обкладки.

Сторонние заряды, возникающие на обкладках, имеют одинаковую величину и различны по знаку.

Электроёмкость проводников и конденсаторов

Емкость, под которой понимают величину, пропорциональную заряду q и обратно пропорциональную разности потенциалов между обкладками

Расчет емкости плоского конденсатора.

Расчет емкости изолированной сферы.

Расчет емкости сферического конденсатора.

Расчет емкости цилиндрического конденсатора.

Энергия заряженного проводника, конденсатора.
Энергия заряженного проводника - Поверхность проводника - эквипотенциальная. Поэтому потенциалы тех точек, в которых находятся точечные заряды Δq, одинаковы и равны потенциалу φ проводника

Энергия заряженного конденсатора.