Электрические заряды. Закон Кулона. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля. Принцип суперпозиции.

Заряд-физическое свойство элементарных частиц(электронов протонов мезонов),которое проявляется при их взаимодействии посредством эм поля.

 

Св-ва: 1.существуют

2.взаимодействуют

3.сохраняются

4.квантуются

 

Закон сохранения зарядов: в электрической изолированной системе, т.е. в системе, не обменивающейся зарядами с другими внешними телами, алгебраическая сумма зарядов есть величина постоянная.

 

Элементарный заряд-наименьший существующий в природе заряд, положительный или отрицательный, равный заряду электрона.

 

Закон Кулона: сила электростатического взаимодействия двух точечных электрических зарядов, находящихся в вакууме, прямо пропорциональна произведению q1q2 этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между зарядами и направлена вдоль соединяющей их прямой.

 

Электростатическое поле- вид материи, существует объективно и обладает такими свойствами, которые не позволяют спутать его ни с чем другим.

 

Св-ва:1.создаётся зарядами

2.действует только на заряды.

 

Напряжённость- физическая величина, являющаяся силовой характеристикой поля и измеряется силой, с которой поле действует на единичный положительный заряд, помещённый в эту точку.

 

 

Принцип суперпозиции: напряжённость результирующего поля в каждой точке пространства всегда оказывается равной геометрической сумме напряжённостей полей, образуемых этими зарядами порознь:

Е=Е1+Е2+Е3+….

1. Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме.

Поток вектора напряжённости- число линий через некоторую поверхность, помещённую, в электрическом поле.

 

Терема Остроградского-Гаусса: поток вектора напряжённости через любую замкнутую поверхность, окружающую электрические заряды, равен:

 

 

Если q положительный, то и поток через эту поверхность положительный

q отрицательный, то и поток отрицательный

Поток =0 если :1. замкнутая поверхность проведена в эл. поле так, что заряженное тело оказывается вне её.

2.внутри поверхности находятся равные по абсолютному значению положит-ые и отриц-ые заряды.

 

 

1. Работа сил электростатического поля по перемещению заряда. Циркуляция вектора напряженности.

Циркуляция вектора Е- работу, которую совершают все силы при перемещении единичного положительного заряда на замкнутом пути .

 

 

Работа сил электростатического поля по замкнутому контуру=0 следовательно циркуляция=0

1. Потенциал электростатического поля. Связь между напряженностью и потенциалом. Эквипотенциальные поверхности.

Потенциал-физич. величина, являющаяся энергетической характеристикой поля и измеряемая работой, которую совершают силы поля при перемещении единичного пробного заряда из этой точки в бесконечность.

 

 

Потенциал поля точечного заряда:

 

 

Напряжённость в данной точке численно равна градиенту потенциала с обратным знаком.

 

Эквипотенциальная поверхность- геометрическое место точек поля, обладающих равными потенциалами.

Св-ва:1. А=0

2.силовые линии указывают направление быстрейшего изменения потенциала точек поля.

3.силовые линии всегда нормальны к эквипотенциальной поверх.

4.поерх-ть проводника в электростатическое поле всегда является эквипотенциальной поверхностью.

 

1. Проводники в электрическом поле. Емкость уединенного проводника. Конденсаторы. Энергия электростатического поля.

Проводникив электрическом поле: 1. Потенциал во всех точках проводника одинаков

2. поверхность проводника является эквипотенциальной.

3. вектор Е направлен по нормали к каждой точке поверхности.

Электроёмкость проводника- способность проводника накапливать электрические заряд.

 

Ёмкость проводника- равна тому заряду, который изменяет потенциал проводника на единицу.

 

Ёмкость конденсатора- физич. величина, равная отношению заряда q , накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов 1- 2 между его обкладками

 

Ёмкость шара:

 

Ёмкость плоского конденсатора:

 

Ёмкость цилиндрического конденсатора:

 

Ёмкость сферического конденсатора:

 

Энергия электростатического поля:

 

 

1. Электрический ток, его характеристики и условия существования.

Электрический ток- упорядоченное движение электрических зарядов.

 

Условия существования: 1. наличие электрич. зарядов.

2.наличие силы.

Характеристики электрического тока:

Сила тока - определяется отношением заряда q , переносимого через поперечное сечение проводника, соответствующему промежутку времени t.

 

 

Плотность тока- величина, измеряемая отношением силы тока через элементарную площадку к величине этой площадки.

 

 

1. Законы постоянного тока: закон Ома в интегральной и дифференциальной форме.

Закон Ома- сила тока на участке цепи прямо пропорциональна разности потенциалов на его концах и обратно пропорциональна его сопротивлению .

 

 

Закон Ома в дифференциальной форме:

 

1. Закон Джоуля-Ленца. Правила Кирхгофа для разветвленных цепей.

Закон Джоуля-Ленца:

1.В интегральной форме- кол-во теплоты, выделяемое постоянным электрическим током на участке цепи , равно произведению квадрата силы тока на время его прохождения и электрическое сопротивление этого участка

 

 

2.В дифференциальной форме- объёмная плотность тепловой мощности тока в проводнике равна произведению его удельной электрической проводимости на квадрат напряжённости электрического поля

 

 

Правила Кирхгофа для разветвлённых цепей:

1.Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю:

 

 

2. Для любого замкнутого контура алгебраическая сумма всех падений напряжения равна сумме всех ЭДС в этом контуре:

1. Магнитное поле и его характеристики. Закон Био-Савара-Лапласа.

Магнитное поле- особый вид материи, которое существуют объективно и обладает такими св-ми, которые не позволяют спутать его ни с чем другим.

 

Св-ва:

1. создаётся движущими зарядами

2. действует на движущие заряды

 

Напряжённость магнитного поля:

 

 

Колличественно магнитное поле характеризуется вектором магнитной индукции, а графически изображается с помощью силовых линий.

Вектор магнитной индукции всегда направлен по касательной к силовой линии.

Магнитной силовой линией- называется линия, касательная к которой в каждой точке даёт направление вектора В. Магнитные силовые линии всегда замкнуты.

 

Закон Био-Савара-Лапласа:

При прохождении постоянного тока по замкнутому контуру, находящемуся в вакууме, для точки, отстоящей на расстоянии r0, от контура магнитная индукция будет имеет вид

 

1. Закон Ампера и его применение. Взаимодействие полей и зарядов. Сила Лоренца.

Закон Ампера :

Сила F , с которой магнитное поле действует на элемент проводника l с током, находящегося в магнитном поле, равна

 

 

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки:

4 пальца- ток I, большой палец-сила F, тогда вектор магнитной индукции B будет входить в ладонь.

 

Проводники с токами одинакового направления притягиваются, с токами разного направления- отталкиваются.

 

Сила Лоренца - сила , действующая на электрический заряд q, движущийся в магнитном поле В со скоростью V.

 

 

1. Циркуляция вектора магнитной индукции. Теорема о циркуляции В. Магнитное поле соленоида и тороида.

1. Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса для магнитного поля в вакууме.

Поток вектора магнитной индукции, пронизывающий площадку S - это величина, равная:

Поток вектора магнитной индукции (магнитный поток) измеряется в веберах (Вб)

 

Магнитный поток - величина скалярная.

Поток вектора магнитной индукции (магнитный поток) равен числу линий магнитной индукции, проходящих сквозь данную поверхность.

Поток вектора магнитной индукции (магнитный поток) сквозь произвольную замкнутую поверхность равен нулю:

Теорема Гаусса

полный магнитный поток через произвольную замкнутую поверхность равен нулю.

 

1. Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Закон Фарадея.

Явление электромагнитной индукции- в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции, охватываемого этим контуром, возникает электрический ток, получивший название индукционного.

 

Открытие электромагнитной индукции :

1. Показало связь между электрическим и магнитным полем.

2. Предложило способ получения электрического тока с помощью магнитного поля.

 

Правило Ленца:

возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которое вызвало этот ток.

 

Закон Фарадея:

ЭДС электромагнитной индукции в контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменению магнитного потока сквозь поверхность(ЭДС индукции пропорциональна скорости изменения магнитного потока):

1. Явление самоиндукции. Закон самоиндукции. Индуктивность.

 

Явление самоиндукции - возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении в нём силы тока

 

ЭДС самоиндукции:

 

Закон самоиндукции:

ЭДС самоиндукции имеет всегда такое направление, при котором она препятствует изменению вызвавшего ее тока.

 

Индуктивность- идеализированный элемент электрической цепи, в котором происходит запасание энергии магнитного поля.

 

Индуктивность длинного соленоида:

 

 

1. Энергия магнитного поля. Теория Максвелла для электромагнитного поля.

Энергия магнитного поля -равна работе, которую затрачивает ток на создание этого поля.

 

 

Теория Максвелла для э/м поля:

теория близкодействия, т.е. электромагнитное взаимодействие происходит с конечной скоростью, равной скорости света с.

 

 

1. Свободные гармонические колебания и их характеристики (период, частота, амплитуда, фаза колебаний). Дифференциальное уравнение гармонических колебаний и его решение. Метод векторных диаграмм.

Гармонические колебания- это колебания, при которых колеблющаяся физическая величина изменяется по закону синуса(или косинуса)

 

 

Период (Т)-время в течение которого колеблется точка совершает один полный цикл колебательного движения

 

Частота( )-величина обратная периоду колебаний - число полных колебаний, совершаемых в единицу времени:

 

 

Амплитуда- максимальное отклонение колеблющегося тела от положения равновесия

 

Фаза колебаний - величина, которая характеризует состояние колеблющегося тела в некоторый момент времени - его положение и направление движения.

 

 

Дифференциальное уравнение гармонических колебаний:

 

 

Решение:

 

 

Метод векторных диаграмм: проекция конца вектора а будет совершать гармоническое колебание с амплитудой, равной длине вектора, с круговой частотой, равной угловой скорости w0 вращения вектора, и с начальной фазой, равной фи

 

1. Кинематика и динамика материальной точки, совершающей гармонические колебания.

Кинетическая энергия материальной точки:

 

 

Полная энергия:

 

 

Потенциальная энергия материальной точки:

 

1. Гармонический осциллятор.

Гармоническим осциллятором называется система, которая совершает колебания, описываемые выражением вида d²s/dt² + щ₀²s = 0 или

(1)

 

1. Пружинный маятник — это груз массой m, который подвешен на абсолютно упругой пружине и совершает гармонические колебания под действием упругой силы F = –kx, где k — жесткость пружины. Уравнение движения маятника имеет вид

совершает гармонические колебания по закону х = Асоs( ₀t+ )

2. Физический маятник — это твердое тело, которое совершает колебания под действием силы тяжести вокруг неподвижной горизонтальной оси, которая проходит через точку О, не совпадающую с центром масс С тела

 

уравнение движения


L=J/(ml) — приведенная длина физического маятника.

3. Математический маятник — это идеализированная система, состоящая из материальной точки массой m, которая подвешена на нерастяжимой невесомой нити, и которая колеблется под действием силы тяжести. Хорошее приближение математического маятника есть небольшой тяжелый шарик, который подвешен на длинной тонкой нити. Момент инерции математического маятника

 

1. Затухающие и вынужденные колебания. Резонанс.

Затухающие колебания- постепенное ослабление колебаний с течением времени, обусловленное потерей энергии колебательной системы.

 

Дифференциальное уравнение свободных затухающих колебаний

 

 

Примеры:

механические колебания и э/м колебания

 

Вынужденные колебания- происходят под действием переодически изменяющейся внешней силы.

 

Резонанс-Явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний при приближении частоты вынуждающей силы (частоты вынуждающего переменного напряжения) к частоте, равной или близкой собственной частоте колебательной системы

 

1. Волны. Типы волн. Уравнение бегущей волны. Волновое число.

 

Волна-процесс распространения колебаний в сплошной среде.

 

Виды:

1.продольная-частицы среды колеблются в направлении распространения волны

2.поперечная-частицы среды колеблются в плоскостях перпендикулярно направлению распространения волны

 

Уравнение бегущей волны:

 

 

Волновое число-величина обратная длине волны (1/л), измеряется обычно в обратных сантиметрах (см−1).

1. Электромагнитные волны. Вектор Пойнтинга.

Электромагнитная волна - процесс распространения электромагнитного поля в пространстве.

Электромагнитная волна представляет собой процесс последовательного, взаимосвязанного изменения векторов напряжённости электрического и магнитного полей, направленных перпендикулярно лучу распространения волны, при котором изменение электрического поля вызывает изменения магнитного поля, которые, в свою очередь, вызывают изменения электрического поля.

 

Вектор Пойнтинга-вектор плотности потока энергии электромагнитного поля, одна из компонент тензора энергии-импульса электромагнитного поля. Вектор Пойнтинга S можно определить через векторное произведение двух векторов:

(в системе СГС),

(в системе СИ),

где E и H — векторы напряжённости электрического и магнитного полей соответственно.

 

1. Интерференция света. Условия максимума и минимума для интерференции. Расчет интерференционной картины в опыте Юнга.

Интерференция света — перераспределение интенсивности света в результате наложения (суперпозиции) нескольких когерентных световых волн.

 

— условие максимума;

— условие минимума,

где k=0,1,2... и — оптическая длина пути первого и второго луча, соответственно.