Електричний заряд - фізична величина, що характеризує здатність тіл вступати в електромагнітні взаємодії. Вимірюється в кулонах.
Елементарний електричний заряд - мінімальний заряд, який мають елементарні частинки (заряд протона і електрона).
Тіло має заряд. значить має зайві або відсутнє електрони. Такий заряд обозначаетсяq = ne. (Він дорівнює числу елементарних зарядів).
Наелектризована тіло - створити надлишок і недолік електронів. Способи: електризація тертям іелектрізація зіткненням.
Точковий зоря д - заряд тіла, яке можна прийняти за матеріальну точку.
Пробний заряд (
Закон збереження заряду: в ізольованій системі алгебраїчна сума зарядів всіх тіл зберігається постійною при будь-яких взаємодіях цих тіл між собою.
Закон Кулона: сили взаємодії двох точкових зарядів пропорційні добутку цих зарядів, обернено пропорційні квадрату відстані між ними, залежать від властивостей середовища і спрямовані вздовж прямої, що з'єднує їх центри.
Електричне поле - матеріальна середовище, через яку відбувається взаємодія електричних зарядів.
Властивості електричного поля:
Електричне поле існує навколо будь-якого заряду. Якщо заряд нерухомий - поле електростатичне.
Електричне поле діє на будь-який поміщений в нього заряд відповідно до закону Кулона. Виявити електричне поле можна тільки по його дії на інші заряди.
Електричне поле існує в будь-якому середовищі і поширюється з кінцевою швидкістю:
Електричне поле не має чітких кордонів. Дія його зменшується при збільшенні відстані від заряду, його створює.
Характеристики електричного поля:
Напруженість (E) - векторна величина, що дорівнює силі, що діє на одиничний пробний заряд, поміщений в дану точку.
Напрямок - таке ж, як і у діючої сили.
Напруженість не залежить ні від сили, ні від величини пробного заряду.
Суперпозиція електричних полів. напруженість поля, створеного декількома зарядами, дорівнює векторній сумі напруженостей полів кожного заряду:
Графічно електронне поле зображують за допомогою ліній напруженості.
Лінія напруженості - лінія, дотична до якої в кожній точці збігаються з напрямом вектора напруженості.
Властивості ліній напруженості. вони не перетинаються, через кожну точку можна провести лише одну лінію; вони не замкнуті, виходять з позитивного заряду і входять в негативний, або розсіюються в нескінченність.
Однорідне електричне поле - поле, вектор напруженості якого в кожній точці однаковий по модулю і напрямку.
+ -
Неоднорідне електричне поле - поле, вектор напруженості якого в кожній точці неоднаковий по модулю і напрямку.
Постійне електричне поле - вектор напруженості не змінюється.
Непостійне електричне поле - вектор напруженості змінюється.
Робота електричного поля по переміщенню заряду.
, гдеF- сила, S- переміщення,
Для однорідного поля: сила постійна.
Робота не залежить від форми траєкторії; робота по переміщенню по замкнутій траєкторії дорівнює нулю.
Для неоднорідного поля:
Потенціал електричного поля - відношення роботи, яка вчиняє поле, переміщаючи пробний електричний заряд в нескінченність, до величини цього заряду.
Для однорідного поля: різниця потенціалів - напруга:
Електроємність - здатність тіл накопичувати електричний заряд; відношення заряду до потенціалу, яке для даного провідника завжди постійно.
Чи не залежить від заряду і не залежить від потенціалу. Але залежить від розмірів і форми провідника; від діелектричних властивостей середовища.
Електроємність збільшується, якщо поруч знаходяться будь-які тіла - провідники або діелектрики.
Конденсатор - пристрій для накопичення заряду. Електроємність:
Плоский конденсатор - дві металеві пластини, між якими знаходиться діелектрик. Електроємність плоского конденсатора:
Енергія зарядженого конденсатора дорівнює роботі, яку здійснює електричне поле при перенесенні заряду з однієї пластини на іншу.
Перенесення малого заряду
Енергія електричного поля:
Для неоднорідного поля:
Об'ємна щільність електричного поля:
Електричний диполь - система, що складається з двох рівних, але протилежних за знаком точкових електричних зарядів, розташованих на деякій відстані один від одного (плече диполя -l).
Основна характеристика диполя - дипольний момент - вектор, що дорівнює добутку заряду на плече диполя, спрямований від негативного заряду до позитивного. позначається
Диполь в однорідному електричному полі.
На кожен із зарядів диполя діють сили:
М - крутний момент F- сили, що діють на диполь
d- плече сілl- плече диполя
p- дипольний моментE- напруженість
Під дією крутного моменту, диполь повернеться і встановиться у напрямку ліній напруженості. Вектори Pи Е будуть паралельні і однонаправлені.
Диполь в неоднорідному електричному полі.
Момент, що обертає є, значить диполь повернеться. Але сили будуть нерівні, і диполь буде рухатися туди, де сила більше.
Власне поле диполя.
Нехай диполь знаходиться в точці О, а його плече мало. тоді:
.
Формула отримана з урахуванням:
Таким чином різниця потенціалів залежить від синуса половинного кута, під яким видно точки диполя, і проекції дипольного моменту на пряму, що з'єднують ці точки.
Діелектрики в електричному полі.
Діелектрик - речовина, що не має вільних зарядів, а значить і не проводить електричний струм. Однак насправді ж провідність існує, але вона мізерно мала.
з полярними молекулами (вода, нітробензол): молекули не симетричні, центри мас позитивних і негативних зарядів не збігаються, а значить, вони мають дипольним моментом навіть в разі, коли електричного поля немає.
з неполярними молекулами (водень, кисень): молекули симетричні, центри мас позитивних і негативних зарядів збігаються, а значить, вони не мають дипольного моменту при відсутності електричного поля.
кристалічні (хлорид натрію): сукупність двох підграток, одна з яких заряджений позитивно, а інша - негативно; у відсутності електричного поля сумарний дипольний момент дорівнює нулю.
Поляризація - процес просторового розподілу зарядів, появи пов'язаних зарядів на поверхні діелектрика, що призводить до ослаблення поля всередині діелектрика.
1 спосіб - електрохімічна поляризація:
На електродах - рух до них катіонів та аніонів, нейтралізація речовин; утворюються області позитивних і негативних зарядів. Струм поступово зменшується. Швидкість встановлення механізму нейтралізації характеризується часом релаксації - це час, протягом якого ЕРС поляризації збільшиться від 0 до максимуму від моменту накладення поля.
2 спосіб - орієнтаційна поляризація:
На поверхні діелектрика утворюються некомпенсовані полярні, тобто відбувається явище поляризації. Напруженість всередині діелектрика менше зовнішньої напруженості. Час релаксації:
3 спосіб - електронна поляризація:
Характерна для неполярних молекул, які стають диполями. Час релаксації:
