Как называется частица не имеющая заряда. Элементарный электрический заряд. Знаем напряженность - найдем силу
ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ
Электродинамика – раздел физики, изучающий электромагнитные взаимодействия. Электромагнитные взаимодействия – взаимодействия заряженных частиц. Основными объектами изучения в электродинамике являются электрические и магнитные поля, создаваемые электрическими зарядами и токами.
Тема 1. Электрическое поле (электростатика)
Электростатика – раздел электродинамики, изучающий взаимодействие неподвижных (статических) зарядов.
Электрический заряд.
Все тела электризуются.
Наэлектризовать тело – это значит сообщить ему электрический заряд.
Наэлектризованные тела взаимодействуют – притягиваются и отталкиваются.
Чем больше наэлектризованы тела, тем сильнее они взаимодействуют.
Электрический заряд – это физическая величина, которая характеризует свойство частиц или тел вступать в электромагнитные взаимодействия и является количественной мерой этих взаимодействий.
Совокупность всех известных экспериментальных фактов позволяет сделать следующие выводы:
· Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными.
· Заряды не существуют без частиц
· Заряды могут передаваться от одного тела к другому.
· В отличие от массы тела электрический заряд не является неотъемлемой характеристикой данного тела. Одно и то же тело в разных условиях может иметь разный заряд.
· Электрический заряд не зависит от выбора системы отсчёта, в которой он измеряется. Электрический заряд не зависит от скорости движения носителя заряда.
· Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются.
Единица измерения в СИ– кулон
Элементарная частица – мельчайшая, неделимая, не имеющая структуры частица.
Например, в атоме:электрон ( , протон ( , нейтрон ( .
Элементарная частица может иметь заряд, а может не иметь заряда: , ,
Элементарный заряд -заряд, принадлежащий элементарной частице, наименьший, неделимый.
Элементарный заряд – заряд электрона по модулю .
Заряды электрона и протона численно равны, но противоположны по знаку:
Электризация тел.
Что означает «макроскопическое тело заряжено»? Чем определяется заряд любого тела?
Все тела состоят из атомов, в состав которых входят положительно заряженные протоны, отрицательно заряженные электроны и нейтральные частицы – нейтроны. Протоны и нейтроны входят в состав атомных ядер, электроны образуют электронную оболочку атомов.
В нейтральном атоме число протонов в ядре равно числу электронов в оболочке.
Макроскопические тела, состоящие из нейтральных атомов, электронейтральны.
Атом данного вещества может потерять один или несколько электронов или приобрести лишний электрон. В этих случаях нейтральный атом превращается в положительно или отрицательно заряженный ион.
Электризация тел – процесс получения электрически заряженных тел из электронейтральных.
Тела электризуются при контакте друг с другом.
При контакте часть электронов с одного тела переходит на другое, оба тела электризуются, т.е. получают заряды равные по величине и противоположные по знаку:
«избыток» электронов по сравнению с протонами создаёт в теле «-» заряд;
«недостаток» электронов по сравнению с протонами создаёт в теле «+» заряд.
Заряд любого тела определяется числом избыточных или недостаточных по сравнению с протонами электронов.
Заряд может передаваться от одного тела к другому только порциями, содержащими целое число электронов. Таким образом, электрический заряд тела – дискретная величина, кратная заряду электрона:
Фундаментальные и составные частицы. Их характеристики.
Cоставная частица (элементарная частица) - собирательный термин, относящийся к микрообъектам в субъядерном масштабе, которые невозможно расщепить на составные части. Составные частицы - протон, нейтрон и т. д. имеют сложную внутреннюю структуру, но, тем не менее, по современным представлениям, разделить их на части невозможно
адроны - частицы, участвующие во всех видах фундаментальных взаимодействий. Они состоят из кварков и подразделяются, в свою очередь, на:
мезоны - адроны с целым спином , то есть являющиеся бозонами ;
барионы - адроны с полуцелым спином, то есть фермионы . К ним, в частности, относятся частицы, составляющие ядро атома , - протон и нейтрон .
Протон – элементарная частица, обладающая положительным элементарным электрическим зарядом. Электрические заряды протона и электрона равны по модулю и противоположны по знаку. Масса покоя протона кг, что в 1837 раз больше массы электрона.
Нейтрон – элементарная частица, не обладающая электрическим зарядом (электрически нейтральная). Масса покоя нейтрона кг, что немногим больше массы протона.
Фундаментальная частица - бесструктурная элементарная частица, которую до настоящего времени не удалось описать как составную. В настоящее время термин применяется преимущественно для лептонов и кварков
лептоны - фермионы, которые имеют вид точечных частиц (т. е. не состоящих ни из чего) вплоть до масштабов порядка 10 −18 м. Не участвуют в сильных взаимодействиях. Участие в электромагнитных взаимодействиях экспериментально наблюдалось только для заряженных лептонов (электроны , мюоны , тау-лептоны ) и не наблюдалось для нейтрино . Известны 6 типов лептонов.
кварки - дробнозаряженные частицы, входящие в состав адронов. В свободном состоянии не наблюдались. Как и лептоны, считаются бесструктурными, однако, в отличие от лептонов, участвуют в сильном взаимодействии.
калибровочные бозоны - частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия
Спиновое квантовое число. Бозоны и фермионы. Принцип запрета.
СПИН элементарной частицы - собственный момент импульса элементарных частиц, Спин принято измерять в единицах ћ (h перечеркнутое), где, h- постоянная Планка
Частицы с целыми спинами называютсяБОЗОНАМИ.
Все бозоны являются «коллективистами»: в каждом квантовом состоянии может находиться любое число бозонов. Все бозоны являются частицами – квантами – какого-нибудь поля. Из всех бозонов самыми распространенными во Вселенной являются фотоны.
Частицы с полуцелыми спинами называютсяФЕРМИОНАМИ.
Все фермионы являются «индивидуалистами». Фермионы подчиняютсяпринципу запрета (принципу Паули): в каждом квантовом состоянии может находиться только один фермион . Все фермионы являются частицами вещества.
Именно благодаря совместному действию двух принципов: принципа минимума энергии и принципа запрета, – в нашем мире существует многообразие веществ.
Лептоны. Электрический и лептонные заряды.
ЛЕПТОНЫ - элементарные частицы, не участвующие в сильном взаимодействии и умеющие спин 1/2, т.е. являющиеся фермионами.
Все лептоны обладают особым внутренним свойством, делающим их собственно лептонами. Это свойство называется лептонным зарядом , который обозначается буквой L. У частиц, не являющихся лептонами, лептонный заряд равен нулю.
Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия.
Кварки и барионы. Электрический и барионный заряды. Кварковый состав протона и нейтрона.
Барионный заряд- одна из внутр. характеристик элем. ч-ц, отличная от нуля для барионов и равная нулю для всех остальных ч-ц. Б. з. барионов полагают равным единице, а антибарионов - минус единице. Обозначается буквой B. Барионный заряд любого кварка равен 1/3. У всех лептонов барионный заряд равен нулю. Электрический заряд у нейтральных лептонов равен 0, у заряженных -1.
Кварк - фундаментальная частица в стандартной модели, обладающая электрическим зарядом , кратным e /3, и не наблюдающаяся в свободном состоянии.
Барионы - семейство элементарных частиц, сильно взаимодействующие фермионы, состоящие из трёх кварков. Барионы вместе с мезонами (последние состоят из чётного числа кварков) составляют группу элементарных частиц, участвующих в сильном взаимодействии и называемых адронами.
Нуклоны имеют кварковый состав uud (протон) и udd (нейтрон). Их спин равен 1/2, странность нулевая. Вместе со своими короткоживущими возбуждёнными состояниями нуклоны относятся к группе N-барионов.
Частицы и античастицы. Аннигиляция.
Все элементарные частицы обладают целым набором внутренних свойств, определяющим само существование этой частицы и ее индивидуальность. Масса покоя, время жизни, электрический заряд относятся к этим свойствам. Некоторые внутренние свойства также называются различными зарядами. Отсутствие какого-нибудь из этих свойств выражается в равенстве нулю соответствующего заряда.
Практически у каждой элементарной частицы есть своя античастица , которая имеет те же массу покоя, время жизни и спин, но отличается знаками электрического и всех других зарядов. Спин античастицы имеет противоположную ориентацию в пространстве.
Важнейшим свойством родственных частиц и античастиц является их способность к аннигиляции , то есть к взаимному уничтожению при встрече. При этом вместо «исчезнувших» частиц появляются совсем другие частицы – частицы поля. Так например, аннигиляция электрона и позитрона сопровождается «рождением» двух фотонов (γ).
Вся материя состоит из элементов. Но почему же все вокруг нас так отличается? Ответ связан с крошечными частицами. Их называют протонами. В отличие от электронов, имеющих отрицательный заряд, эти элементарные частицы имеют положительный заряд. Что это за частицы и как они работают?
Протоны везде
Какая элементарная частица имеет положительный заряд? Все, чего можно коснуться, увидеть и почувствовать, состоит из атомов, самых маленьких строительных блоков, из которых состоят твердые тела, жидкости и газы. Они слишком малы, чтобы их можно было рассмотреть более внимательно, но из них состоят такие вещи, как ваш компьютер, вода, которую вы пьете, и даже воздух, которым вы дышите. Существует много типов атомов, включая атомы кислорода, азота и железа. Каждый из этих типов называется элементами.
Некоторые из них - это газы (кислород). Элемент никеля имеет серебристый цвет. Существуют и другие особенности, которые отличают эти мельчайшие частицы друг от друга. Что на самом деле делает эти элементы разными? Ответ прост: их атомы имеют различное количество протонов. Эта элементарная частица имеет положительный заряд и находится внутри центра атома.
Все атомы уникальны
Атомы очень похожи, однако разное количество протонов делает их уникальным типом элемента. Например, атомы кислорода имеют 8 протонов, атомы водорода имеют только 1, а атомы золота - 79. Можно многое рассказать об атоме, просто подсчитав его протоны. Эти элементарные частицы находятся в самом ядре. Первоначально считалось, что они являются фундаментальной частицей, однако недавние исследования показали, что протоны состоят из более мелких ингредиентов - кварков.
Что такое протон?
Какая элементарная частица имеет положительный заряд? Это протон. Так называют субатомную частицу, которая есть в ядре каждого атома. Фактически число протонов в каждом атоме - это атомный номер. До недавнего времени он считался фундаментальной частицей. Однако новые технологии привели к открытию того, что протон состоит из меньших частиц, называемых кварками. Кварк - фундаментальная частица материи, которая только недавно была обнаружена.
Откуда берутся протоны?
Элементарная частица, имеющая положительный заряд, называется протоном. Эти элементы могут образовываться в результате появления неустойчивых нейтронов. Спустя примерно 900 секунд отскочивший от ядра нейтрон распадется на другие элементарные частицы атома: протон, электрон и антинейтрино.
В отличие от нейтрона, свободный протон стабилен. Когда свободные протоны взаимодействуют друг с другом, они образуют Наше солнце, как и большинство других звезд во Вселенной, в основном состоит из водорода. Протон - это наименьшая элементарная частица, которая имеет заряд +1. Электрон имеет заряд -1, а нейтрон не имеет заряда вовсе.
Субатомные частицы: местоположение и заряд
Элементы характеризуются своей состоящей из субатомных элементарных частиц: протонов, нейтронов и электронов. Первые две группы находятся в ядре (центре) атома и имеют массу единицы атомной массы. Электроны находятся за пределами ядра, в зонах, которые называются «оболочками». Они почти ничего не весят. При расчете атомной массы обращается внимание только на протоны и нейтроны. Масса атома представляет собой их сумму.
Суммируя атомную массу всех атомов в молекуле, можно оценить молекулярную массу, которая выражается в единицах атомной массы (так называемых дальтонах) . Каждая из тяжелых частиц (нейтрон, протон) весит одну атомную массу, поэтому атом гелия (He), который имеет два протона, два нейтрона и два электрона, весит около четырех единиц атомной массы (два протона плюс два нейтрона). В дополнение к местоположению и массе каждая субатомная частица обладает свойством, называемым «зарядом». Он может быть «положительным» или «отрицательным».
Элементы с одинаковым зарядом склонны отражать друг друга, а предметы с противоположными зарядами склонны привлекать друг друга. Какая элементарная частица имеет положительный заряд? Это протон. Нейтроны не имеют заряда вовсе, что дает ядру общий положительный заряд. Каждый электрон имеет отрицательный заряд, который равен по силе положительному заряду протона. Электроны и протоны ядра притягиваются друг к другу, и это сила, которая удерживает атом вместе, подобно силе гравитации, которая удерживает Луну на орбите вокруг Земли.
Стабильная субатомная частица
Какая элементарная частица имеет положительный заряд? Ответ известен: протон. К тому же он равен по величине единице заряда электрона. Однако масса его в состоянии покоя составляет 1,67262 × 10 -27 кг, что в 1836 раз больше массы электрона. Протоны вместе с электрически нейтральными частицами, называемыми нейтронами, составляют все атомные ядра, за исключением водорода. Каждое ядро данного химического элемента имеет такое же количество протонов. Атомный номер этого элемента и определяет его положение в периодической таблице.
Открытие протона
Элементарная частица, имеющая положительный заряд, - это протон, открытие которого датируется самыми ранними исследованиями атомной структуры. При изучаении потоков ионизированных газообразных атомов и молекул, из которых были удалены электроны, была определена положительная частица, равная по массе атому водорода. (1919 г.) показал, что азот при бомбардировке альфа-частицами выбрасывает то, что кажется водородом. К 1920 году он выделил из ядер водорода элементарную частицу, назвав ее протоном.
Высокоэнергетические исследования физики частиц в конце ХХ века усовершенствовали структурное понимание природы протона внутри группы субатомных частиц. Было показано, что протоны и нейтроны состоят из более мелких частиц и классифицируются как барионы - частицы, состоящие из трех элементарных единиц вещества, известных как кварки.
Субатомная частица: к великой единой теории
Атом является малой частью материи, которая представляет собой конкретный элемент. Некоторое время считалось, что он был наименьшей частью материи, которая могла существовать. Но в конце XIX века и в начале ХХ ученые обнаружили, что атомы состоят из определенных субатомных частиц и что независимо от того, какой элемент, те же самые субатомные частицы составляют атом. Число различных субатомных частиц - единственное, что меняется.
Ученые теперь признают, что есть много субатомных частиц. Но для того, чтобы быть успешным в химии, вам действительно нужно иметь дело только с тремя основными: протонами, нейтронами и электронами. Материя может быть электрически заряжена одним из двух способов: положительным или отрицательным.
Как элементарная частица, имеющая положительный заряд, называется? Ответ прост: протон, именно он несет одну единицу положительного заряда. А благодаря наличию отрицательно заряженных электронов, сам атом является нейтральным. Иногда некоторые атомы могут получить или потерять электроны и получить заряд. В этом случае их принято называть ионами.
Элементарные частицы атома: упорядоченная система
Атом имеет систематическую и упорядоченную структуру, обеспечивающую стабильность и отвечающую за всевозможные свойства материи. Изучение этих началось более ста лет назад, и к настоящему времени мы уже многое знаем о них. ученые выяснили, что большая часть атома пуста и малонаселена «электронами». Они являются отрицательно заряженными легкими частицами, которые вращаются вокруг центральной тяжелой части, которая составляет 99,99 % от всей массы атома. Выяснить природу электронов было проще, однако после многочисленных гениальных исследований стало известно, что ядро включает в себя положительные протоны и нейтральные нейтроны.
Каждая единица во Вселенной состоит из атомов
Ключ к пониманию большинства свойств материи состоит в том, что каждая единица в нашей Вселенной состоит из атомов. Существует 92 естественных типа атомов, и они образуют молекулы, соединения и другие типы веществ для создания сложного мира вокруг нас. Хотя название «атом» было получено от греческого слова átomos, что означает «неделимое», современная физика показала, что он не является конечным строительным блоком материи и действительно «делится» на субатомные частицы. Они являются реальными фундаментальными сущностями, из которых состоит весь мир.
Со словами «электричество», «электрический заряд», «электрический ток» вы встречались много раз и успели к ним привыкнуть. Но попробуйте ответить на вопрос: «Что такое электрический заряд?» - и вы убедитесь, что это не так-то просто. Дело в том, что понятие заряда - это основное, первичное понятие, не сводимое на современном уровне развития наших знании к каким-либо более простым, элементарным понятиям
Попытаемся сначала выяснить, что понимают под утверждением: данное тело или частица имеет электрический заряд.
Вы знаете, что все тела построены из мельчайших, неделимых на более простые (насколько сейчас науке известно) частиц, которые поэтому называют элементарными. Все элементарные частицы имеют массу и благодаря этому притягиваются друг к другу согласно закону всемирного тяготения с силой, сравнительно медленно убывающей по мере увеличения расстояния между ними, обратно пропорциональной квадрату расстояния. Большинство элементарных частиц, хотя и не все, кроме того, обладают способностью взаимодействовать друг с другом с силой, которая также убывает обратно пропорционально квадрату расстоянии, но эта сила в огромное число раз превосходит силу тяготения. Так. в атоме водорода, изображенном схематически на рисунке 91, электрон притягивается к ядру (протону) с силой, в 101" раз превышающей силу гравитационного притяжения.
Если частицы взаимодействуют друг с другом с силами, которые медленно уменьшаются с увеличением расстояния и во много раз превышают силы всемирного тяготения, то говорят, что эти частицы имеют электрический заряд. Сами частицы называются заряженными. Бывают частицы без электрического заряда, но не существует электрического заряди без частицы.
Взаимодействия между заряженными частицами носят название электромагнитных. Электрический заряд - физическая величина, определяющая интенсивность электромагнитных взаимодействий, подобно тому как масса определяет интенсивность гравитационных взаимодействий.
Электрический заряд элементарной частицы это не особый «механизм» в частице, который можно было бы снять с нее, разложить на составные части и снова собрать. Наличие электрического заряда у электрона и других частиц означает лишь существование
определенных силовых взаимодействий между ними. Но мы, в сущности, ннчего не знаем о заряде, если не знаем законов этих взаимодействий. Знание законов взаимодействий должно входить в наши представления о заряде. Законы эти не просты, изложить их в нескольких словах невозможно. Вот почему нельзя дать достаточно удовлетворительного краткого определения того, что такое электрический заряд.
Два знака электрических зарядов. Все тела обладают массой и поэтому притягиваются друг к другу. Заряженные же тела могут как притягивать, так и отталкивать друг друга. Этот важнейший факт, знакомый вам из курса физики VII класса, означает, что в природе есть частицы с электрическими зарядами противоположных знаков. При одинаковых знаках заряда частицы отталкиваются, а при разных притягиваются.
Заряд элементарных частиц - протонов, входящих в состав всех атомных ядер, называют положительным, а заряд электронов - отрицательным. Между положительными и отрицательными зарядами нет внутренних различий. Если бы знаки зарядов частиц поменялись местами, то от этого характер электромагнитных взаимодействий нисколько бы не изменился.
Элементарный заряд. Кроме электронов и протонов, есть еще несколько типов заряженных элементарных частиц. Но только электроны и протоны могут неограниченно долго существовать в свободном состоянии. Остальные же заряженные частицы живут менее миллионных долей секунды. Они рождаются при столкновениях быстрых элементарных частиц и, просуществовав ничтожно мало, распадаются, превращаясь в другие частицы. С этими частицами вы познакомитесь в X классе.
К частицам, не имеющим электрического заряда, относится нейтрон. Его масса лишь незначительно превышает массу протона. Нейтроны вместе с протонами входят в состав атомного ядра.
Если элементарная частица имеет заряд, то его значение, как показали многочисленные опыты, строго определенно (об одном из таких опытов - опыте Милликена и Иоффе - было рассказано в учебнике для VII класса)
Существует минимальный заряд, называемый элементарным, которым обладают все заряженные элементарные частицы. Заряды элементарных частиц различаются лишь знаками. Отделить часть заряда, например у электрона, невозможно.
ТЕМА 1.1ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
ЛЕКЦИЯ 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ. ТЕОРЕМА ГАУССА
Рассмотрение данной темы начинаем с понятия об основных формах материи: веществе и поле.
Все вещества, как простые, так и сложные, состоят из молекул, а молекулы – из атомов.
Молекула – мельчайшая частица вещества, которая сохраняет его химические свойства.
Атом – мельчайшая частица химического элемента, которая сохраняет егосвойства. Атом состоит из положительно заряженного ядра, в состав которого входят протоны и нейтроны (нуклоны), и отрицательно заряженных электронов, расположенных на оболочках вокруг ядра на различном расстоянии от него. Если говорят, что атом электрически нейтрален, это значит, что число электронов на оболочках равно числу протонов в ядре, т.к. нейтрон заряда не имеет.
Электрический заряд – физическая величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия. Заряд частицы обозначается q и измеряется в Кл (Кулон) в честь французского ученого Шарля Кулона. Элементарным (неделимым) зарядом обладает электрон, его заряд равен q е = -1,6 × 10 -19 Кл. Заряд протонапо модулю равен заряду электрона, т. е. q р = 1,6 × 10 -19 Кл, следовательно, бывают положительные и отрицательные электрические заряды. Причем, одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются.
Если тело заряжено, это значит, что в нем преобладают заряды какого-то одного знака («+» или «-»), в электрически нейтральном теле число «+» и «-» зарядов равно.
Заряд всегда связан с какой-то частицей. Существуют частицы, не имеющие электрического заряда (нейтрон), но не существует заряда без частицы.
С понятием электрического заряда неразрывно связано понятие электрического поля. Существует несколько видов полей:
- электростатическое поле – это электрическое поле неподвижных заряженных частиц;
- электрическое поле – это материя, которая окружает заряженные частицы, неразрывно с ними связана и оказывает силовое воздействие на электрически заряженное тело, внесенное в пространство, заполненное этим видом материи;
- магнитное поле – это материя, которая окружает любое движущееся заряженное тело;
- электромагнитное поле характеризуется двумя взаимосвязанными сторонами – составляющими: магнитным полем и электрическим, которые выявляютсяпо силовому воздействию на заряженные частицы или тела.
Как определить, существует ли электрическое поле в данной точке пространства или нет? Мы не можем пощупать поле, увидеть его или понюхать. Для определения существования поля необходимо внести в любую точку пространства пробный (точечный) электрический заряд q 0 .
Заряд называется точечным , если его линейные размеры весьма малы по сравнению с расстоянием до тех точек, в которых определяется его поле.
Пусть поле создается положительным зарядом q . Для определения величины поля этого заряда необходимо в любую точку пространства, окружающего этот заряд, внести пробный заряд q 0 . Тогда со стороны электрического поля заряда+ q на заряд q 0 будет действовать некоторая сила.
Эту силу можно определить, используя з акон Кулона : величина силы, с которой на каждый из двух точечных тел действует их общее электрическое поле, пропорциональна произведению зарядов этих тел, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и зависит от среды, в которой находятся эти тела:
F = q 1 × q 2 /4 p ee 0 r 2 ,
где1/4 p ee 0 = k = 9 × 10 9 Н × м 2 /Кл 2 ;
q 1 , q 2 – заряды частиц;
r – расстояние между частицами;
e 0 – абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума (электрическаяпостоянная, равная: e 0 = 8,85 × 10 -12 Ф/м);
e -абсолютная диэлектрическая проницаемость среды, показывающая во сколько раз в среде электрическое поле меньше, чем в вакууме.
Характеристики электрического поля:
1. силовая характеристика – напряженность (Е) – это векторнаяфизическая величина, численно равная отношению силы,действующей на заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда: Е = F / q ;[ E ] = [ 1 Н/Кл ] =
Графически электрическое поле изображают с помощью силовых линий – это линии, касательные к которым в каждой точке пространства совпадают с направлением вектора напряженности .
Силовые линии электрического поля незамкнуты, они начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных:
Пусть у нас имеются:
а)два положительных заряда q 1 и q 2 ;
б)два отрицательных заряда q 3 и q 4 ;
в) положительный заряд q 5 иотрицательный заряд q 6
Необходимо найти напряженность поля, созданного этими зарядами в некоторых точках пространства (А, В, С).
Принципсуперпозиции: если поле создано несколькими электрическими зарядами, то напряженность такого поля равна векторной (геометрической) сумме напряженностей полей отдельных зарядов: Е общ = Е 1 + Е 2 + Е 3 + … + Е n
Электрическое поле называется однородным, если вектор напряженности Е одинаков по модулю и по направлению в любой точке поля, а силовые линии поля параллельны между собойи находятся на одинаковом расстоянии друг от друга.
Пусть унас имеется однородное электрическое поле, например, поле между обкладками плоского конденсатора, в котором положительный точечный заряд q перемещается под действием силы со стороны этого поля из точки А в точку В на расстояние l.
При этом электрическое поле будет совершать работу, равную:
А = Fl ,где F = Eq , т.е. А = Eql -работа поля по перемещению электрического заряда q из одной точки поля в другую.
Величина, равная отношению работы по перемещению точечного положительного заряда между двумя точками поля к величине этого заряда, называется электрическим напряжением между указанными точками: U = A / q = Eql / q = E × l [ U ] = = .
Работа электрического поля не зависит от формы траектории, следовательно, она равна изменению потенциальной энергии, взятой с обратным знаком: А = - D Е пот = - D Е р. На замкнутой траектории работа поля равна нулю.
Потенциальная энергия всегда связана с выбором нулевого (начального) уровня, однако, в данном случае выбор нулевого уровня относителен. Физический смысл имеет не сама потенциальная энергия, а ее изменение, т.к. именно за счет изменения потенциальной энергии совершается работа. И чем больше ее изменение, тем больше работа поля.
2. энергетическая характеристика – потенциал j - это скалярная физическая величина, равная отношению потенциальной энергии заряда, необходимой для его перемещения из одной точки поля в другую, к величине этого заряда: j = D Е р / q .[ j ] = =
D j = j 2 - j 1 – изменение потенциала;
U = j 1 - j 2 - разность потенциалов (напряжение)
Физический смысл напряжения: U = j 1 - j 2 = А/ q - - напряжение численно равно отношению работы по перемещению заряда из начальной точки поля в конечную к величине этого заряда.
U = 220 В в сети означает, что при перемещении заряда в 1 Кл из одной точки поля в другую, поле совершает работу в 220 Дж.
Теорема Гаусса
Произведение напряженности электрического поля Е и площади S , во всех точках которой напряженность одинакова, т.е. поле однородно, и перпендикулярна к ней, составляетпоток вектора напряженности : N = ES .
Если поверхность неоднородна, то при вычислении потока вектора напряженности через нее необходимо разбить эту поверхность на малые элементы D S , в пределах которых Е = const , тогда поток через отдельные элементарные площадкибудет равен: D N = E n × D S , а поток вектора Е через всю поверхность находится суммированием элементарных потоков:
N = S D N = S E n × D S.
Теорема Гаусса: если у нас имеется замкнутая поверхность, на которой находятся заряженные тела (заряды), то поток вектора напряженности электрического поля сквозь замкнутую поверхность равен отношению суммы зарядов (Q ), расположенных внутри этой поверхности, к абсолютной диэлектрической проницаемости среды: N = Q / ee 0
