Электростатика

1. Электри́ ческий заря́ д (коли́ чество электри́ чества) — это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии. Впервые электрический заряд был введён в законе Кулона в 1785 году.
2. Закон Кулона: сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме направлена вдоль прямой, соединяющей эти заряды, пропорциональна их величинам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Она является силой притяжения, если знаки зарядов разные, и силой отталкивания, если эти знаки одинаковы.

1. Напряжённость электри́ ческого по́ ля — векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке

1. Теорема Остроградского-Гаусса: Полный поток вектора напряженности электрического поля через замкнутую поверхность произвольной формы численно равен алгебраической сумме электрических зарядов, охватываемых этой поверхностью, деленной на электрическую постоянную

1. Потенциал электростатического поля — скалярная величина, равная отношению потен­циальной энергии заряда в поле к этому заряду:

- энергетическая характеристика поля в данной точке. Потенциал не зависит от величины заряда, помещенного в это поле.

Напряжение —разность значений потенциала в начальной и конечнойточках траектории. Напряжение численно равно работе электростатического поля при перемещении единичного положительного заряда вдоль силовых линий этого поля. Разность потенциалов (напряжение) не зависит от выбора системы координат!

Из доказанного выше: →   напряженность равна градиенту потенциала (скорости изменения потенциала вдоль направления d).
Из этого соотношения видно: Вектор напряженности направлен в сторону уменьшения потенциала. Электрическое поле существует, если существует разность потенциалов. Единица напряженности: - Напряженность поля равна 1В/м, если между двумя точками поля, находящимися на расстоянии 1 м друг от друга существует разность потенциалов 1 В.

6) Диэлектриками называют вещества, практически не проводящие электрического тока. В диэлектриках, в отличие от проводников, нет свободных носителей заряда – заряженных частиц, которые могли бы прийти под действием электрического поля в упорядоченное движение и образовать ток проводимости.

Условно выделяют три класса диэлектриков:

1) с полярными молекулами:

2) с неполярными молекулами;

3) кристаллические.

К первому классу относятся такие вещества, как вода, нитробензол CO2 NH3 SO2 и др. Молекулы этих диэлектриков не симметричны, «центры масс» их положительных и отрицательных зарядов не совпадают, и они, подобно диполю, обладают дипольным моментом даже в отсутствие электрического поля

Ко второму классу диэлектриков относятся такие вещества (например, водород, кислород и др.), молекулы которых в отсутствие электрического поля не имеет дипольного момента. В таких молекулах заряды электронов и ядер расположены так, что «центры масс» положительных и отрицательных зарядов совпадают.

Третий класс – кристаллические диэлектрики (например, NaCl KCl), решетка которых состоит из положительных и отрицательных ионов. Такой диэлектрик можно схематически рассматривать как совокупность двух «подрешеток», одна из которых заряжена положительно, другая отрицательно. При отсутствии поля подрешетки расположены симметрично и суммарный электрический момент такого диэлектрика равен нулю.

7) Электрический диполь — система двух равных по модулю разноименных точечных зарядов (), расстояние между которыми значительно меньше расстояния до рассматриваемых точек поля.
Электрический момент диполя (дипольный момент):
.

8) Остроградского–Гаусса для электрического поля в диэлектрике: поток электрического смещения через любую замкнутую поверхность равен алгебраической сумме всех зарядов, расположенных внутри поверхности

9) Электростатическая индукция – явление перераспределения свободных зарядов в проводнике во внешнем поле.

Возникающие на границах проводника индукционные заряды создают поле, которое складывается с внешним:

В проводниках количество свободных электронов очень велико и поэтому их перераспределение идет до тех пор, пока и

 

10) Электроемкостью системы из двух проводников называется физическая величина, определяемая как отношение заряда q одного из проводников к разности потенциалов Δ φ между ними:

Простейший конденсатор – система из двух плоских проводящих пластин, расположенных параллельно друг другу на малом по сравнению с размерами пластин расстоянии и разделенных слоем диэлектрика. Такой конденсатор называется плоским.

электроемкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади пластин (обкладок) и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Если пространство между обкладками заполнено диэлектриком, электроемкость конденсатора увеличивается в ε раз:

11)

Конденсаторы могут соединяться между собой, образуя батареи конденсаторов. При параллельном соединении конденсаторов (рис. 1.6.3) напряжения на конденсаторах одинаковы: U ₁ = U ₂ = U, а заряды равны q ₁ = С₁ U и q ₂ = C ₂ U. Такую систему можно рассматривать как единый конденсатор электроемкости C, заряженный зарядом q = q ₁ + q ₂ при напряжении между обкладками равном U. Отсюда следует