Силы электромагнитного взаимодействия неподвижных зарядов

Силы электромагнитного взаимодействия неподвижных зарядов

Электрический заряд — физическая величина, определяющая силу электромагнитного взаимодействия. Существует два вида электрических зарядов — положительные и отрицательные.

Минимальным положительным зарядом (+е) обладает протон, минимальным отрицательным зарядом (-е) — электрон.

Электрический заряд дискретен: суммарный положительный заряд тела кратен заряду протона, суммарный отрицательный — заряду электрона.

Суммарный заряд электронейтральных тел равен нулю. Электростатическое взаимодействие — взаимодействие неподвижных заряженных тел или частиц.

Заряды одинакового знака отталкиваются, а противоположных знаков притягиваются друг к другу.

Закон сохранения заряда: в электрически изолированной системе алгебраическая сумма зарядов остается постоянной.

Сила электростатического взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме определяется законом Кулона:

где q1 и q2 — заряды, r — расстояние между ними,

Система статических зарядов не может быть устойчивой. Взаимодействие между зарядами передается электромагнитным полем, источником которого являются заряды. Электромагнитное поле распространяется в пространстве со скоростью света. Электростатическое поле в данной точке характеризуется напряженностью поля.

Напряженность поля — векторная физическая величина, равная отношению силы Кулона, действующей на пробный положительный заряд q в данной точке поля, к величине этого заряда:

Единица напряженности — ньютон на кулон (1 Н/Кл).

Напряженность электростатического поля, созданного точечным положительным зарядом q в точке, находящейся на расстоянии r от него,

Сила, действующая на точечный заряд, помещенный в электростатическое поле, напряженность которого E,

Линии напряженности электростатического поля — линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают по направлению с вектором напряженности электростатического поля.

Напряженность электростатического поля пропорциональна степени сгущения линий напряженности поля. Принцип суперпозиции электростатических полей — напряженность поля системы зарядов равна геометрической (векторной) сумме напряженностей полей, созданных каждым зарядом в отдельности:

Внутри заряженной сферы напряженность электростатического поля равна нулю.

Вне заряженной сферы напряженность электростатического поля совпадает с напряженностью поля точечного заряда, равного заряду сферы и помещенного в ее центре. Напряженность поля, созданная бесконечной заряженной плоскостью, зависит от поверхностной плотности заряда а:

ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ И ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАНИЙ

ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ФИЗИКА»

ДЛЯ ГРУПП I КУРСА ВСЕХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ

Раздел 1.Механика

Тема 1.1. Кинематика

1. Введите понятия механического движения и его относительности. Дайте определение системы отсчета, тела отсчета и материальной точки. Сформулируйте основные понятия механического движения: путь, перемещение и траектория.

2. Введите основные характеристики механического движения: скорость и ускорение.

3. Сформулируйте определение прямолинейного равномерного движения. Запишите уравнение движения. Объясните нахождение перемещения, скорости, координаты при равномерном прямолинейном движении и графическое его описание.

4. Сформулируйте определение прямолинейного равноускоренного движения. Запишите уравнение движения. Объясните нахождение перемещения, скорости, ускорения, координаты при равноускоренном прямолинейном движении и графическое их определение.

5. Сформулируйте определение равномерного движения по окружности. Запишите уравнение движения. Объясните нахождение перемещения, скорости, ускорения, координаты при равномерном движении по окружности.

Читайте также:  Ютуб смотреть фильмы бесплатно и без регистрации

Тема 1.2. Динамика

6. Введите понятие силы и массы. Перечислите способы их определения. Сформулируйте принцип аддитивности и принцип суперпозиции.

7. Сформулируйте законы Ньютона. Расскажите о применимости законов Ньютона. Дайте определение импульса. Сформулируйте закон сохранения импульса.

8. Сформулируйте закон всемирного тяготения. в чем заключается физический смысл гравитационной постоянной. Дать определение силы тяжести и ускорения свободного падения. Объясните зависимость ускорения свободного падения от плотности планеты.

9. Сформулируйте закон Гука. Объясните в чем заключается физический смысл жесткости пружины. Назовите виды деформации. Объясните границы применимости закона Гука.

10. Сформулируйте определение силы трения, перечислите возможные виды силы трения. Сформулируйте определение веса тела, невесомость. Назовите причины изменения веса тела.

Тема 1. 3 Законы сохранения в механике

11. Сформулируйте определение работы силы. В чем заключается физический смысл работы. Сформулируйте определение мощности и коэффициента полезного действия (КПД)

12. Сформулируйте определение кинетической энергии тела. Дайте определение потенциальной энергии. В чем состоит принцип минимума потенциальной энергии. Сформулируйте закон сохранения энергии и границы ее применимости.

Тема 1.4 Механические колебания и волны

13. Объясните динамику свободных колебаний на примере математического и пружинного маятника. Дайте определение вынужденных колебаний. Дать определение механического резонанса. Предложите способы избегания нежелательного резонанса.

Раздел 2.Молекулярная физика. Термодинамика

Тема 2.1. Молекулярная структура вещества

14. Объясните, что представляет собой модель материального тела. Назовите основные положения МКТ. Сформулируйте определение постоянной Авогадро. Сравните агрегатные состояния веществ на основе МКТ.

15. Сформулируйте определение температуры тела. Дайте определение абсолютного нуля температуры, равновесного состояния газа. Запишите формулу скорости теплового движения молекул.

Тема 2.2. Молекулярно-кинетическая теория идеального газа

16. Дайте определение идеального газа. Сформулируйте основное уравнение МКТ. Сформулируйте закон Дальтона. Назовите какие макроскопические параметры связывает уравнение Клайперона- Менделеева.

17. Дайте определение изопроцессам. Назовите виды изопроцессов и дайте им определение. Сформулируйте законы Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля. Постройте изопроцессы в осях p(v), p(T), V(T).

Тема 2.3. Жидкость и пар

Тема 2.4. Твердое тело

Тема 2.5.Термодинамика

18. Сформулируйте определение внутренней энергии системы. Назовите способы изменения внутренней энергии системы. Сформулируйте 1 закон термодинамики.

19. Сформулируйте первый закон термодинамики для изопроцессов. Дайте определение адиабатного процесса. Сформулируйте первый закон термодинамики для адиабатного процесса.

20. Дайте определение теплового двигателя. Объясните принцип работы теплового двигателя. Дайте определение КПД замкнутого цикла. Объясните воздействии тепловых двигателей на окружающую среду.

Раздел 3.Электродинамика

Тема 3.1. Силы электромагнитного взаимодействия неподвижных зарядов

21. Объясните электризацию тел. Сформулируйте закон сохранения заряда. Сформулируйте закон Кулона для зарядов, взаимодействующих в вакууме и в среде.

Читайте также:  Asus p5g43t m pro характеристики

22. Введите понятие электрического поля и графического изображения электрического поля с помощью силовых линий. Сформулируйте основные характеристики электрического поля: напряженность и потенциал.

23. Объясните работу сил электрического поля при перемещении заряда. Дайте понятие потенциальной энергии взаимодействия точечных зарядов и разности потенциалов. Объясните назначение вольтметра и подбор добавочного сопротивления

Дата добавления: 2016-11-18 ; просмотров: 670 | Нарушение авторских прав

Все тела в природе способны электризоваться, то есть приобретать электрический заряд. В природе существуют частицы с электрическими зарядами проти­воположных знаков. Заряд электрона считают отрицательным, а заряд протона – элементарной частицы, которая входит в состав ядра атома, – положительным. При взаимодействии одноименные заряды отталкиваются, разно­именные – притягиваются.

Электрический заряд обладает свойством дискретности – при электризации электрический заряд изменяется на строго определенное значение, равное или кратное минимальному количеству электричества, называе­мому элементарным электрическим зарядом. Наименьшая по массе стабильная частица, обладающая элементар­ным электрическим отрицательным зарядом, называется электроном. Заряд электрона е = 1,6 ×10 -19 Кл. Заряд тела, состоящего из N заряженных частиц, кра­тен целым значениям заряда электрона: q=±Ne. Опытным путем был установлен фундаментальный закон природы –закон сохранения электрического заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы остается неизменной, какие бы процессы не происходили внутри этой системы.

Единица заряда – кулон (Кл).

Основным законом элек­тростатики является закон взаи­модействия двух неподвиж­ных точечных зарядов (эксперимен­тально установлен француз­ским физиком Ш. О. Кулоном): сила элек­трического взаимодейст­вия между двумя неподвижными точечными зарядами, нахо­дящихся в вакууме, пропорциональна произведению за­рядов q1 и q2 и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними: где k — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц физических величин].

Сила направлена по прямой, соеди­няющей заряды, то есть является центральной. Сила отталкивания , действующая на заряд q2 со стороны одно­именного заряда q1, совпадает по направлению с радиусом-вектором r, проведенным из q1к этому заряду. Сила притяжения, дейст­вующая на заряд q2 со стороны разноименного заряда q1, имеет проти­воположное направление (рис.12.1). Силы отталкивания принято счи­тать положительными, силы притяжения – отрицательными. В векторной форме закон Кулона записывается в виде

Коэффициент k в законе Кулона в СИ опре­деляется по формуле :

=9.10 9 Н.м 2 /Кл 2 , а eо= Ф/м =8,85.10 -12 Ф/м.

Здесь eо – электростатическая постоянная. Таким образом, закон Кулона в скалярном виде: . Этот закон мы сформулировали для вакуума. С учетом среды:

где e — диэлектрическая проницаемость среды. Для вакуума e=1. Диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз в данной среде силы взаимодействия между точечными зарядами меньше, чем в вакууме, при одинаковых расстояниях.

Если имеем систему неподвижно распределенных электрических за­рядов, то их взаимодействие осуществляется посредством электрического (электростатического) поля. Электроста­тическое поле не изменяется во времени и создается только электриче­скими зарядами.

Читайте также:  Как опубликовать гифку вконтакте

Электростатическое поле отдельного заряда можно обнаружить, если в пространство, окружающее этот заряд q, внести другой, пробный заряд . Отношение называют напряженностью электростати­ческого поля.Напряженность поля точечного заряда: .

Единица напряженности — вольт на метр (В/м).

Напряженностьвеличина векторная. За направление вектора на­пряженности Е принимают направление силы, с которой поле действует на пробный заряд, помещен­ный в данную точку поля.

Напряженность – сило­вая характеристика поля; она численно равна силе, действующей на единичный положительный заряд.

Если электростатическое поле создается не одним, а несколькими зарядами 1, q2, …, qn, то результирующее поле определяется в соответствии с принципом суперпозиции полей:

Электростатическое по­ле графически удобно пред­ставлять силовыми линиями. Силовыми линиями или линиями напря женности поля называют линии, каса­тельные к которым в каж­дой точке совпадают с век­тором напряженности в данной точке поля. Линии напряженности электрического поля направлены от положительного заряда к отрицательному. Густотой линий напряженно­сти характеризуют величину напряженности поля. Примеры простейших электрических полей представлены на рис. 12.2. (а–г). Электростатическое поле, во всех точках которого напряжен­ность поля одинакова по модулю и направлению ( = const), называют однородным.Примером такого поля могут быть электрические поля рав­номерно заряженной плоскости и плоского конденсатора вдали от краев его обкладок.

В любой точке поля потенциальная энергия W заряда численно равна работе, которую необходимо совершить для перемещения заряда из бесконечности в эту точку. Отношение зависит только от q и r. Эту величину называют потенциалом:

Единица электрического потенциала ­– вольт (В).

Она характеризует потенциальную энергию, которой обладал бы по­ложительный единичный заряд, помещенный в данную точку поля.Потенциал является энергетической характеристикой электрическо­го поля и как скалярная величина может принимать положительные или отрицательные значения. Для поля точечного заряда: .

Потенциал поля, создаваемого системой точечных зарядов, равен алгебраической сумме потенциалов всех этих зарядов: .

Напряженность и по­тенциал – силовая и энергетическая характеристики одной и той же точки поля; следо­вательно, между ними должна существовать однозначная связь. Она представляется в виде: .

Выражение называется градиентом потенциала. Этавеличина характеризует быстроту изменения потенциала в направлении силовой линии. Знак «минус» означает, что вектор напряженности направлен в сторону убывания потенциала. Графически распределение потенциала электрического поле можно изображать с помощью эквипотенциальных по­верхностей совокупностей точек, имеющих одинаковый потенциал. Пересекаясь с плоскостью чертежа, эквипотенциальные поверхности да­ют эквипотенциальные линии. Эквипотенциальные линии (поля точечного заряда) представляют собой концентрические окружности, эквипотенциальные поверхностиконцентрические сферы. Из рисунка видно, что линии напряженности (радиальные лучи) перпендикулярны эквипотенциальным линиям.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector