СИЛОВЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
ЛЕКЦИЯ № 6
Э Л Е К Т Р О Д И Н А М И К А
Э Л Е К Т Р О С Т А Т И К А. З А К О Н К У Л О Н А
Электростатика – раздел физики, в котором изучается взаимодействие и условия равновесия (покоя) электрических зарядов, неподвижных относительно инерциальной системы отсчета.
Несмотря на разнообразие веществ, в природе существует только два вида электрических зарядов. Один из них условно называют отрицательным, а второй – положительным. Электрический заряд тела величина релятивистски инвариантная, т.е. не зависит от того движется тело или покоится. Электрический заряд любого тела дискретен и кратен элементарному электрическому заряду e = 1,6 ∙10-19.
q = Ne (1)
Всякий процесс электризации тел сводится к разделению зарядов, при этом в одном месте образуется избыток положительных, а в другом отрицательных зарядов. В замкнутой (изолированной) системе тел алгебраическая сумма зарядов остается неизменной при любых процессах, протекающих внутри этой системы. Это закон сохранения заряда.
В основе электростатики лежит закон Кулона, который определяет силу взаимодействия двух точечных зарядов q1 и q2, расположенных на расстоянии r1,2 друг от друга:
, (2)
где ε0 = 8,85·10-12 Ф/м – диэлектрическая постоянная; ε – диэлектрическая проницаемость среды.
ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
СИЛОВЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
. (3)РАБОТА СИЛ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ. ПОТЕНЦИАЛ
Электрическое поле, подобно гравитационному, является потенциальным. Т.е. работа, выполняемая электростатическими силами, не зависит от того, по… А1,2 = W1 – W2 . (7)НАПРЯЖЁННОСТЬ КАК ГРАДИЕНТ ПОТЕНЦИАЛА
Работа по перемещению точечного, положительного заряда q вдоль произвольного направления х из точки 1 в бесконечно близкую к ней точку 2, х2 – х1 =… , (12)Э Л Е К Т Р И Ч Е С К И Й Д И П О Л Ь
Электрический диполь – система двух равных по величине разноименных точечных зарядов +q и -q, расстояние между которыми значительно меньше… , (13)Э Н Е Р Г И Я Э Л Е К Т Р О С Т А Т И Ч С К О Г О П О Л Я
Определим объёмную плотность энергии электрического поля. Для этого рассмотрим процесс зарядки плоского конденсатора, как работу по разделению… dА = dq∙u = C∙u∙du, (17)ДИЭЛЕКТРИКИ. ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ
В зависимости от концентрации свободных зарядов тела делятся на проводники (n0~1028 ÷ 1029 м-3), полупроводники (n0~1017 ÷ 1019м-3) и… Диэлектрики, как и любое другое вещество, состоят из нейтральных атомов и… Первую группу образуют вещества с симметричным распределением как положительных, так и отрицательных зарядов в…Процесс ориентации дипольных моментов или их появление под воздействием внешнего электрического поля, что приводит к возникновению электрического момента у каждого элемента объема диэлектрика, называется поляризацией диэлектриков.
Различают три вида такой поляризации:
1. Электронная или деформационная – заключается в возникновении индуцированных дипольных моментов атомов вследствие деформации электронных оболочек, т.е. смещении электронных орбиталей относительно ядер.
2. Ориентационная или дипольная – упорядочение в расположении существующих дипольных моментов.
3. Ионная – возникает в результате встречного смещения кристаллических подрешёток: состоящей из положительно заряженных ионы по полю, а образованной отрицательными ионами – против поля. Количественно поляризация характеризуется поляризованностью (вектором поляризации)– векторной величиной, определяемой как суммарный дипольный момент единицы объёма диэлектрика:
, (21)
где рi – дипольный момент одной молекулы; рv – суммарный дипольный момент всего диэлектрика.
Из опыта известно, что для большого класса диэлектриков (за исключением сегнетоэлектриков) поляризованность 
линейно зависит от напряжённости внешнего поля 
:
= χε, (22)
где – напряжённость электрического поля в точке, для которой определяется ; χ (хи) – диэлектрическая восприимчивость вещества;
χ – всегда положительная, безразмерная величина. Для большинства диэлектриков (твёрдых и жидких) χ составляет всего несколько единиц (хотя, например, для спирта χ ≈ 25, а для воды χ = 80).
Для установления количественных закономерностей поля в диэлектрике внесем в однородное внешнее электростатическое поле Е0 (создается двумя параллельными разноименно заряженными плоскостями) пластинку из однородного диэлектрика, расположив ее перпендикулярно силовым линиям поля. Под действием поля диэлектрик поляризуется, т.е. происходит смещение зарядов: положительные смещаются по полю, отрицательные – против поля. В результате этого на грани диэлектрика, обращенной к отрицательной плоскости, будет избыток положительного заряда с поверхностной плотностью +σ, на левой – отрицательного заряда с поверхностной плотностью –σ. Эти не-скомпенсированные заряды, появляющиеся в результате поляризации диэлектрика, называются связанными. Так как их поверхностная плотность σ меньше плотно
В результате поляризации на поверхности диэлектрика появляются связанные заряды (рис.). Вектор напряжённости 
поля связанных зарядов направлен внутри диэлектрика противоположно вектору напряжённости 
внешнего поля, вызвавшего поляризацию (рис.). Теперь, в соответствии с принципом суперпозиции, напряжённость поля внутри диэлектрика:
или 
. (23)
Напряжённость электрического поля связанных зарядов можно определить по формуле: 
, где σ´– поверхностная плотность связанных зарядов. Можно показать, что поверхностная плотность
связанных зарядов равна модулю вектора поляризованности диэлек-трика – σ´= Р. С учётом (13), подставив в (15) , получим: 
(24).
Откуда напряжённость результирующего поля внутри диэлектрика:
. (25)
Безразмерная величина ε = 1+χ называется диэлектрической проницаемостью среды. Из (17) видно, что диэлектрическая проницаемость количественно характеризует свойство диэлектрика поляризоваться и показывает, во сколько раз внешнее поле ослабляется данным диэлектриком.
П О С Т О Я Н Н Ы Й Э Л Е К Т Р И Ч Е С К И Й Т О К
Электрическим током называется любое упорядоченное дви-жение заряженных частиц. Ток в проводнике под воздействием электрического поля называется… , (1)За направление тока условились принимать направление движения положительных зарядов.
(2)ЗАКОН ОМА В ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ФОРМЕ
Немецкий физик Г. Ом (1787 – 1854) экспериментально установил, что сила тока на участке, не содержащем ЭДС прямо пропорциональна напряжению: , (11)Э Л Е К Т Р И Ч Е С К И Й Т О К В М Е Т А Л Л А Х
Ток в металлах представляет собой движение не связанных с ионами кристаллической решеткой электронов. Первое опытное подтверждение того, что в… Сопротивление чистых металлических проводников при не очень низких… R = R0 (1+ α·t0C), откудаЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЭЛЕКТРОЛИТАХ И РАСПЛАВАХ
Если в электролит или расплав ввести две твердотельных пластинки (электроды) и подать на них напряжение, то возникает электрический ток, который… Количественно электролиз описывается законами Фарадея:ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ГАЗАХ
НЕСАМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ ГАЗОВЫЙ РАЗРЯД
Газы при не слишком высоких температурах и при давлениях, близких к атмосферному, являются хорошими изоляторами. Если поместить в сухой… При ионизации газов происходит вырывание из внешней электронной оболочки атома… Для того чтобы оторвать от молекулы или атома один электрон, необходимо совершить определенную работу Аи, т.е .…САМОСТОЯТЕЛЬНЫЙ ГАЗОВЫЙ РАЗРЯД И ЕГО ТИПЫ