Schody. Grupa wejściowa. Materiały. Drzwi. Zamki. Projekt

Ładunek elektryczny i jego główne właściwości.

prawo konserwatorskie ładunek elektryczny.

Ładunek elektryczny- jest skalarem wielkość fizyczna, który określa intensywność oddziaływań elektromagnetycznych. Jednostką opłaty jest [q] zawieszka.

Właściwości ładunku elektrycznego:

1. Ładunek elektryczny nie jest określoną wielkością, istnieją zarówno ładunki dodatnie, jak i ujemne.

2. Ładunek elektryczny- wartość jest niezmienna. Nie zmienia się, gdy przenosi się nośnik ładunku.

3. Ładunek elektryczny przyłączeniowy.

4. Ładunek elektryczny wielokrotność elementarnych. q = Ne. Ta właściwość ładunku nazywana jest dyskretnością (kwantyzacja).

5. Razem ładunek elektryczny każdego izolowanego systemu jest zachowane. Ta właściwość jest prawo zachowania ładunku elektrycznego.

Prawo zachowania ładunku elektrycznego - ładunki elektryczne nie są tworzone i nie znikają, a jedynie są przenoszone z jednego ciała do drugiego lub redystrybuowane w ciele.

Elektrostatyka. opłata punktowa. Prawo Coulomba. Zasada superpozycji sił. Powierzchnia objętościowa i liniowa gęstość ładunku.

Elektrostatyka- część doktryny elektryczności, która bada oddziaływanie nieruchomych ładunków elektrycznych.

opłata punktowa to naładowane ciało, rozmiar i kształt, które można zaniedbać.

Sformułowanie prawa Coulomba: Siła oddziaływania elektrostatycznego między dwoma punktowymi ładunkami elektrycznymi jest wprost proporcjonalna do iloczynu wielkości ładunków, odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi i jest skierowana wzdłuż prostej łączącej je tak, że podobne ładunki odpychają się i nie opłaty przyciągają.

Zasada superpozycji sił jest to, że działanie kilku sił można zastąpić działaniem jednej - wypadkowej. Wypadkowa jest jedyną siłą, której wynik jest równoznaczny z jednoczesnym działaniem wszystkich sił przyłożonych do tego ciała.

Liniowa gęstość ładunku: ładunek na jednostkę długości.

Gęstość ładunku powierzchniowego: ładunek na jednostkę powierzchni.

Gęstość ładunku wolumetrycznego: ładunek na jednostkę objętości.

napięcie pole elektryczne. linie siły pole elektrostatyczne. Natężenie pola stacjonarnego ładunku punktowego. pole elektrostatyczne. Zasada superpozycji.

Siła pola elektrycznego- charakterystyka wielkości fizycznej wektora pole elektryczne w danym punkcie i liczbowo równą stosunkowi siły działającej na ładunek punktowy umieszczony w danym punkcie pola do wartości tego ładunku q.

Linie pola elektrostatycznego mają następujące właściwości:

1. Zawsze otwarte: zacznij od ładunków dodatnich (lub w nieskończoności) i zakończ na ładunkach ujemnych (lub w nieskończoności).

2 . Nie przecinają się ani nie dotykają.

3 . Gęstość linii jest tym większa, im większa jest intensywność, czyli natężenie pola jest wprost proporcjonalne do liczby linii siły przechodzących przez jednostkę powierzchni umieszczoną prostopadle do linii.

Potencjał pola elektrostatycznego. Obieg pola wektora E. Twierdzenie o obiegu wektora E pola elektrostatycznego w wew. i różn. formy i ich treść.

Ponieważ zasada superpozycji obowiązuje dla natężenia pola elektrostatycznego, to każde pole elektrostatyczne jest potencjalne.

Twierdzenie o obiegu wektora E pola elektrostatycznego: Krążenie mi w zamkniętej pętli L zawsze wynosi zero.

W rozn. Formularz:

Pole elektrostatyczne jest potencjałem.

Energia potencjalna ładunku punktowego w polu elektrostatycznym. Potencjał pola elektrostatycznego. powierzchnie ekwipotencjalne. Potencjał pola punktowego ładunku nieruchomego. Zasada superpozycji dla potencjału.

Energia potencjalna ładunku w jednorodnym polu elektrostatycznym wynosi:

Potencjał - wielkość skalarna jest charakterystyką energetyczną pola w danym punkcie i jest równa stosunkowi energii potencjalnej posiadanej przez ładunek testowy do tego ładunku.

Powierzchnia ekwipotencjalna to powierzchnia, na której potencjał danego pola przyjmuje taką samą wartość.

Potencjał polowy niemobilnego ładunku punktowego:

Zasada superpozycji dla potencjałów- Potencjał pola tworzonego przez GRU z ładunkiem w dowolnym punkcie jest równa sumie potencjalne pola tworzone przez każdy ładunek.

za chwilę

i nabiera potencjału energia

Dipol ma:

minimalny pot. energia:

w pozycji (pozycja równowagi stabilnej);

maksymalny pot. energia:

w pozycji (pozycja równowagi niestabilnej);

We wszystkich innych przypadkach pojawia się moment sił, który zamienia dipol w pozycję stabilnej równowagi.

W zewnętrznym niejednorodnym polu elektrostatycznym moment sił działa na dipol punktowy i ten dipol ma energię potencjalną

Siła działająca na dipol punktowy w niejednorodności. e-mail stat. pole:

W zewnętrznej heterogenicznej wiadomości e-mail. stat. pole dipola punktowego pod wpływem jednoczesnego działania momentu sił obraca się w kierunku pola i siły, porusza się w kierunku, w którym moduł jest większy (rozciąga się w kierunku silniejszego pola).

W dyrygencie.

W konduktorze są wolne. ładunki - obecne nośniki, zdolne do poruszania się pod wpływem dowolnie małej siły. w całym przewodniku.

Indukcja elektrostatyczna to zjawisko redystrybucji ładunków na powierzchni przewodnika pod wpływem działania burzy. pole elektrostatyczne.

Redystrybucja opłaty kończą się., gdy dowolny punkt przewodu zostanie spełniony. stan : schorzenie:

Ponieważ , to siła pola elektrostatycznego w dowolnym miejscu wewnątrz przewodu:

Ponieważ wtedy

- potencjał przewodnika jest taki sam. w całym swoim wnętrzu punktów i na powierzchni

Warunki stacjonarnego rozmieszczenia ładunków w konduktorze:

2.Wyd. wewnątrz przewodnika nie ma żadnych ładunków, a indukowane ładunki są rozprowadzane

na jego powierzchni ()

3.Zamknij na zewnątrz powierzchnia wektor przewodnika jest skierowany wzdłuż normalnej do tego

powierzchnia w każdym punkcie ()

4. Cały tom dyrygenta to yavl. region ekwipotencjalny, a jego powierzchnia jest ekwipotencjalna

Obwód z prądem w polu magnetycznym. Moment sił działających na obwód z prądem i energia potencjalna obwodu z prądem w jednorodnym polu magnetycznym. Praca sił pole magnetyczne podczas przenoszenia obwodu z prądem.

Moment magnetyczny prądu liniowego I, płynącego wzdłuż zamkniętego płaskiego konturu (którego wszystkie punkty leżą na tej samej płaszczyźnie):

S to powierzchnia ograniczona przez kontur; w SI = A*

Wynikowa siła Ampère'a działająca na obwód przewodzący prąd w jednorodnym polu magnetycznym wynosi 0.

Dlatego całkowity moment sił amperowych nie zależy od wyboru punktu O, względem którego jest obliczany:

Moment sił działających w obwodzie zamkniętym z prądem I w polu magnetycznym indukcji:

Gdy M=0 (tj. pętla prądowa jest w równowadze).

Kiedy maksymalny moment sił działa na kontur.

Energia potencjalna pętli zamkniętej z prądem w polu magnetycznym:

Praca sił Ampere:

W tym przypadku kierunek dodatniej normalnej tworzy układ prawoskrętny. Wzór ten obowiązuje w przypadku dowolnego przemieszczenia konturu o dowolnym kształcie w polu magnetycznym.

29. Pole magnetyczne w materii. Magnetyzacja dia- i paramagnesów. Wektor magnesowania . Twierdzenie o krążeniu pola wektorowego w postaci całkowej i różniczkowej.

Każda substancja jest magnetyczna (tzn. może być namagnesowana pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego)

Prąd przewodzenia (I, ) to prąd spowodowany ukierunkowanym ruchem nośników prądu w substancji.

Prądy molekularne () - prądy związane z ruchem orbitalnym i spinem cząstek elementarnych w atomach materii. Każdy prąd molekularny ma moment magnetyczny.

Diamagnety to substancje, których momenty magnetyczne atomów przy braku zewnętrznego pola magnetycznego są równe zeru, tj. Kompensowane są momenty magnetyczne wszystkich elementarnych cząstek atomu (cząsteczki).

Paramagnesy to substancje, których atomy przy braku zewnętrznego pola magnetycznego mają niezerowy moment magnetyczny, ale ich kierunek jest zatem zorientowany losowo.

Gdy diamagnes zostanie wprowadzony do zewnętrznego pola magnetycznego, każdy z jego atomów zostaje indukowany dodatkowa chwila, skierowane przeciw zewnętrznemu polu magnetycznemu .

Gdy paramagnes zostanie wprowadzony do zewnętrznego pola magnetycznego, moment magnetyczny jego atomów (cząsteczek) zostanie zorientowany w kierunku pola zewnętrznego.

Namagnesowanie substancji wynika z dominującej orientacji lub indukcji poszczególnych cząsteczek w jednym kierunku. Namagnesowanie substancji prowadzi do pojawienia się prądów magnetyzujących (prądy molekularne uśrednione w obszarze makroskopowym):

gdzie jest wektor gęstości prądu magnesującego przechodzącego przez zorientowaną powierzchnię S.

Zgodnie z zasadą superpozycji:

gdzie jest indukcja pola zewnętrznego;

Indukcja pola magnetycznego prądów magnesujących.

Wektor namagnesowania to charakterystyka ilościowa stan namagnesowania substancji, równy stosunkowi całkowitego momentu magnetycznego fizycznie małej objętości magnesu dla tej objętości:

W SI [J] = A/m.

Twierdzenie o wektorze cyrkulacji pola magnetostatycznego w postaci różniczkowej:

w dowolnym punkcie pola magnetostatycznego wirnik wektora jest równy wektorowi gęstości prądu magnesującego w tym samym punkcie.

Elektrostatyka -jest to dział fizyki zajmujący się badaniem interakcji i właściwości układów ładunków elektrycznych, które są nieruchome względem wybranego bezwładnościowego układu odniesienia.

Cała różnorodność zjawisk przyrodniczych opiera się na czterech fundamentalnych interakcjach między cząstkami elementarnymi

grawitacyjny,

elektromagnetyczny,

Ładunek elektryczny - nośnik oddziaływanie elektromagnetyczne.

Podstawowe właściwości ładunków

1. Ładunek elektryczny może być dwojakiego rodzaju: pozytywny(gdy skóra jest pocierana o szkło) i negatywny(podczas tarcia futra o ebonit). Ciała z ładunkami elektrycznymi tego samego znaku odpychają się, ciała z ładunkami przeciwnych znaków przyciągają.

2. Nośniki ładunku elektrycznego to naładowane cząstki elementarne z opłata podstawowa(kulomb jest jednostką ładunku elektrycznego w układzie SI)

proton jest dodatnim nośnikiem ładunku (+ mi), (m p\u003d 1,6710 -27 kg);

elektron – ujemny nośnik ładunku (– mi), (m mi\u003d 9,1110 -31 kg).

Ładunek dowolnego innego ciała jest całkowitą wielokrotnością elementarny ładunek elektryczny.

3. Podstawowe prawo zachowania ładunku elektrycznego(wykonywane w dowolnych procesach narodzin i niszczenia cząstek elementarnych): w każdym elektrycznie izolowanym układzie algebraiczna suma ładunków nie zmienia się .

4. Ładunek elektryczny jest relatywistacki niezmiennik: jego wartość nie zależy od układu odniesienia, a zatem nie zależy od tego, czy jest w ruchu, czy w spoczynku.

Tak więc pozytywne naładowanie ciała oznacza odebranie mu pewna liczba elektronów i ładować ujemnie - aby przekazać ciału pewną liczbę dodatkowych elektronów. Zauważ, że ładunki ciał rzędu 1 nC = 10 -9 C można już uznać za dość znaczące. Aby ciało miało taki ładunek, liczba elektronów w nim musi różnić się od liczby protonów o ! rzeczy.

Klasyfikacja ciał w zależności od koncentracji bezpłatnych opłat

przewodniki(organy ze swobodnym przepływem opłat w całym tomie);

1. przewodnikiIuprzejmy- metale (ładunki poruszają się bez przemian chemicznych);

   przewodnikiIIuprzejmy- elektrolity (ruchowi ładunków towarzyszą przemiany chemiczne);

Półprzewodniki(organy o ograniczonym przepływie podopiecznych);

Dielektryki(organy, w których praktycznie nie ma bezpłatnych opłat);

Jednostka ładunku elektrycznego Coulomb jest pochodną jednostki prądu, jest to ładunek elektryczny przechodzący przez przekrój przewodnika przy prądzie 1 A w czasie 1 s (1Cl = 1A1s).

Prawo Coulomba. Przenikalność dielektryczna i jej znaczenie fizyczne

Ryż. 1. Schemat interakcji opłaty punktowe

Prawo Coulomba - prawo oddziaływania ładunków punktowych: siła oddziaływania F dwie opłaty punktowe q 1 i q 2 w próżni skierowana jest wzdłuż linii łączącej oba ładunki, jest wprost proporcjonalna do wielkości tych ładunków i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi:

, (1)

gdzie k– współczynnik proporcjonalności, zależny od wyboru jednostek miary. W systemie SI

- stała elektryczna.

Siła F nazywa Siła kulombowska, jest siłą przyciągającą, jeśli ładunki mają różne znaki (rys. 1), a odpychającą, jeśli ładunki mają ten sam znak.

Jeżeli ładunki elektryczne zostaną umieszczone wewnątrz dielektryka, to siła oddziaływania elektrycznego maleje zgodnie z wyrażeniem:

, (2)

gdzie - przenikalność dielektryczna ośrodka, pokazująca ile razy siła oddziaływania ładunków punktowych w dielektryku jest mniejsza niż siła ich oddziaływania w próżni.

Wartości stałej dielektrycznej dla niektórych substancji

Ładunek elektryczny jest wielkością fizyczną charakteryzującą zdolność cząstek lub ciał do wchodzenia w interakcje elektromagnetyczne. Ładunek elektryczny jest zwykle oznaczany literami q lub Q. W układzie SI ładunek elektryczny mierzony jest w kulombach (C). Bezpłatna opłata 1 C to gigantyczna ilość ładunku, praktycznie niespotykana w naturze. Z reguły będziesz miał do czynienia z mikrokulombami (1 μC = 10 -6 C), nanokulombami (1 nC = 10 -9 C) i pikokulombami (1 pC = 10 -12 C). Ładunek elektryczny ma następujące właściwości:

1. Ładunek elektryczny to rodzaj materii.

2. Ładunek elektryczny nie zależy od ruchu cząstki i jej prędkości.

3. Opłaty mogą być przenoszone (na przykład przez bezpośredni kontakt) z jednego organu do drugiego. W przeciwieństwie do masy ciała, ładunek elektryczny nie jest nieodłączną cechą danego ciała. To samo ciało w różne warunki może mieć różne opłaty.

4. Istnieją dwa rodzaje ładunków elektrycznych, umownie nazwane pozytywny oraz negatywny.

5. Wszystkie ładunki oddziałują na siebie. Jednocześnie jak ładunki odpychają się, w przeciwieństwie do ładunków przyciągają. Siły oddziaływania ładunków są centralne, to znaczy leżą na linii prostej łączącej środki ładunków.

6. Istnieje najmniejszy możliwy (modulo) ładunek elektryczny, zwany opłata podstawowa. Znaczenie tego:

mi= 1,602177 10 -19 C ≈ 1,6 10 -19 C

Ładunek elektryczny dowolnego ciała jest zawsze wielokrotnością ładunku elementarnego:

gdzie: N jest liczbą całkowitą. Należy pamiętać, że opłata w wysokości 0,5 . jest niemożliwa mi; 1,7mi; 22,7mi itp. Nazywa się wielkości fizyczne, które mogą przyjmować tylko dyskretną (nie ciągłą) serię wartości skwantyzowany. opłata podstawowa e jest kwantem (najmniejszą częścią) ładunku elektrycznego.

7. Prawo zachowania ładunku elektrycznego. W układzie izolowanym suma algebraiczna ładunków wszystkich ciał pozostaje stała:

Prawo zachowania ładunku elektrycznego mówi, że w zamkniętym układzie ciał nie można zaobserwować procesów narodzin lub zaniku ładunków tylko jednego znaku. Z prawa zachowania ładunku wynika również, że dwa ciała tej samej wielkości i kształtu, które mają ładunki q 1 i q 2 (nie ma znaczenia, jaki znak to ładunki), zetknąć, a następnie rozdzielić, wtedy ładunek każdego z ciał się wyrówna:

Z nowoczesnego punktu widzenia nośnikami ładunku są cząstki elementarne. Wszystkie zwykłe ciała składają się z atomów, w tym z ładunkiem dodatnim protony, naładowany ujemnie elektrony i neutralne cząsteczki neutrony. Protony i neutrony są częścią jąder atomowych, elektrony tworzą powłokę elektronową atomów. Ładunki elektryczne modulo protonu i elektronu są dokładnie takie same i równe ładunkowi elementarnemu (czyli możliwie jak najmniejszemu) mi.

W obojętnym atomie liczba protonów w jądrze jest równa liczbie elektronów w powłoce. Liczba ta nazywana jest liczbą atomową. Atom danej substancji może stracić jeden lub więcej elektronów lub uzyskać dodatkowy elektron. W takich przypadkach neutralny atom zamienia się w jon naładowany dodatnio lub ujemnie. Należy pamiętać, że dodatnie protony są częścią jądra atomu, więc ich liczba może się zmieniać tylko podczas reakcji jądrowych. Oczywiście przy elektryzowaniu ciał nie zachodzą reakcje jądrowe. Dlatego w każdym zjawisku elektrycznym liczba protonów się nie zmienia, zmienia się tylko liczba elektronów. Zatem nadanie ciału ładunku ujemnego oznacza przeniesienie do niego dodatkowych elektronów. I przesłanie pozytywnego ładunku, w przeciwieństwie do powszechny błąd, nie oznacza dodawania protonów, ale odejmowanie elektronów. Ładunek może być przenoszony z jednego ciała do drugiego tylko w porcjach zawierających całkowitą liczbę elektronów.

Czasami w problemach ładunek elektryczny jest rozprowadzany po jakimś ciele. Aby opisać ten rozkład, wprowadzono następujące wielkości:

1. Liniowa gęstość ładunku. Używany do opisu rozkładu ładunku wzdłuż żarnika:

gdzie: L- długość nici. Mierzone w C/m.

2. Gęstość ładunku powierzchniowego. Używany do opisu rozkładu ładunku na powierzchni ciała:

gdzie: S to powierzchnia ciała. Mierzone w C/m2.

3. Gęstość ładunku nasypowego. Używany do opisu rozkładu ładunku w objętości ciała:

gdzie: V- objętość ciała. Mierzone w C/m3.

Proszę to zanotować masa elektronów jest równe:

mmi\u003d 9,11 ∙ 10 -31 kg.

prawo Coulomba

opłata punktowa zwane ciałem naładowanym, którego wymiary można zaniedbać w warunkach tego problemu. Na podstawie licznych eksperymentów Coulomb ustanowił następujące prawo:

Siły oddziaływania ładunków punktowych są wprost proporcjonalne do iloczynu modułów ładunkowych i odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości między nimi:

gdzie: ε – przenikalność dielektryczna ośrodka – bezwymiarowa wielkość fizyczna pokazująca, ile razy siła oddziaływania elektrostatycznego w danym ośrodku będzie mniejsza niż w próżni (czyli ile razy ośrodek osłabia oddziaływanie). Tutaj k- współczynnik w prawie Coulomba, wartość określająca liczbową wartość siły oddziaływania ładunków. W układzie SI jego wartość jest równa:

k= 9∙10 9 m/m.

Siły interakcji punktowej opłaty stacjonarne przestrzegają trzeciego prawa Newtona i są siłami odpychania się od siebie z tymi samymi znakami ładunków i sił przyciągania się do siebie z różne znaki. Oddziaływanie stałych ładunków elektrycznych nazywa się elektrostatyczny lub interakcja kulombowska. Nazywa się sekcja elektrodynamiki, która bada oddziaływanie kulombowskie elektrostatyka.

Prawo Coulomba obowiązuje dla ciał naładowanych punktowo, jednorodnie naładowanych kul i kul. W tym przypadku dla odległości r weź odległość między środkami kulek lub kulek. W praktyce prawo Coulomba jest dobrze spełnione, jeśli wymiary naładowanych ciał są znacznie mniejsze niż odległość między nimi. Współczynnik k w systemie SI czasami zapisuje się jako:

gdzie: ε 0 \u003d 8,85 10 -12 F / m - stała elektryczna.

Doświadczenie pokazuje, że siły oddziaływania kulombowskiego są zgodne z zasadą superpozycji: jeśli naładowane ciało oddziałuje jednocześnie z kilkoma naładowanymi ciałami, to wynikowa siła działająca na to ciało jest równa sumie wektorowej sił działających na to ciało od wszystkich innych naładowanych organy.

Pamiętaj też o dwóch ważne definicje:

przewodniki- substancje zawierające wolne nośniki ładunku elektrycznego. Wewnątrz przewodnika możliwy jest swobodny ruch elektronów - nośniki ładunku (na przewodnikach, Elektryczność). Przewodniki obejmują metale, roztwory i stopione elektrolity, zjonizowane gazy i plazmę.

Dielektryki (izolatory)- substancje, w których nie ma bezpłatnych nośników opłat. Swobodny ruch elektronów wewnątrz dielektryków jest niemożliwy (nie może przez nie przepływać prąd elektryczny). To dielektryki, które mają pewną przenikalność elektryczną nie równą jedności ε .

Jeśli chodzi o przenikalność substancji, prawdziwe jest następujące (o tym, jakie pole elektryczne jest nieco mniejsze):