· Силові лінії електричного поля мають початок і кінець. Вони починаються на позитивних зарядах і закінчуються на негативних.
· Силові лінії електричного поля завжди перпендикулярні поверхні провідника.
· Розподіл силових ліній електричного поля визначає характер поля. Поле може бути радіальним (якщо силові лінії виходять з однієї точки або сходяться в одній точці), однорідним (якщо силові лінії паралельні) і неоднорідним (якщо силові лінії не паралельні).
20) Нагадую, що це енергетичні характеристики електричного поля.
Потенціал електричного поля в будь-якій його точці визначається як
і дорівнює потенційної енергії одиничного заряду, внесеного в дану точку поля.
Якщо заряд перемістити в поле з точки 1 в точку 2, то між цими точками виникає різниця потенціалів
Сенс різниці потенціалів: це робота електричного поля по переміщенню заряду з однієї точки в іншу.
Потенціал поля також можна інтерпретувати через роботу Якщо т.2 знаходиться в нескінченності, де поля немає (), то - це робота поля по переміщенню заряду з даної точки в нескінченність. Потенціал поля, створеного одиночним зарядом розраховується як.
Поверхні, в кожній точці якої потенціали поля однакові, називаються Еквіпотенціальна поверхнями. В поле диполя потенційні поверхні розподілені наступним чином:
Потенціал поля, утвореного декількома зарядами, розраховується за принципом суперпозиції:.
а) Розрахунок потенціалу в т. А, розташованої нема на осі диполя:
знайдемо з трикутника (). Очевидно,. Тому і.
б) Між точками А і В, рівновіддаленими від диполя на відстані
() Різниця потенціалів визначається як (приймемо без доказу, який Ви знайдете в підручнику Ремізова)
в) Можна показати, що якщо диполь знаходиться в центрі рівностороннього трикутника, то різниця потенціалів між вершинами трикутника співвідносяться як проекції вектора на сторони цього трикутника ().
21) - розраховується робота електричного поля уздовж силових ліній.
1. Робота в електричному полі не залежить від форми шляху.
2. Робота перпендикулярна силовим лініям не здійснюється.
3. По замкнутому контуру робота в електричному полі не відбувається.
- енергетична характеристика електричного поля (потанцеал).
1) Фізичний сенс:
Якщо Кл, то (чисельно), за умови що заряд поміщений в дану точку електричного поля.
2) Фізичний сенс:
Якщо в дану точку помістити одиничний позитивний точковий заряд, то (чисельно), при переміщенні з даної точки в нескінченність.
# 916; # 966; - різниця потанцеала двох точок електричного поля.
U - напруга - «у» - це різниця потанцеалов двох точок електричного поля.
Якщо. то (чисельно) при переміщенні з однієї точки поля в іншу.
Зв'язок між напругою і напруженістю:
22) У електростатичному полі всі крапки провідника мають один і той же потенціал, який пропорційний заряду провідника, тобто відношення заряду q до потенціалу # 966; не залежить від заряду q. (Електростатичний називається поле, що оточує нерухомі заряди). Тому виявилося можливим ввести поняття електричної ємності C відокремленого провідника:
Електроємність - це величина, що чисельно дорівнює заряду, який потрібно повідомити провіднику, щоб його потенціал змінився на одиницю.
Ємність визначається геометричними розмірами провідника, його формою і властивостями довкілля і не залежить від матеріалу провідника.
Одиниці виміру для величин, що входять у визначенні ємності:
Ємність - позначення C, одиниця виміру - Фарад (Ф, F);
Електричний заряд - позначення q, одиниця виміру - кулон (Кл, С);
# 966; - потенціал поля - вольт (В, V).
Можна створити систему провідників, яка буде володіти ємністю набагато більшою, ніж окремий провідник, що не залежить від оточуючих тел. Таку систему називають конденсатором. Найпростіший конденсатор складається з двох провідних пластин, розташованих на малій відстані один від одного (Рис.1.9). Електричне поле конденсатора зосереджено між обкладками конденсатора, тобто всередині його. Ємність конденсатора:
З = q / (# 966; 1 - # 966; 2) = q / U
(# 966; 1 - # 966; 2) - різниця потенціалів між обкладинками конденсатора, тобто напруга.
Ємність конденсатора залежить від його розмірів, форми і діелектричної проникності # 949; діелектрика, що знаходиться між обкладинками.
C = # 949; # 8729; # 949; o # 8729; S / d, де
S - площа обкладки;
d - відстань між обкладинками;
# 949; - діелектрична проникність діелектрика між обкладинками;
# 949; o - електрична постійна 8,85 # 8729; 10-12Ф / м.
При необхідності збільшити ємність конденсатори з'єднують між собою паралельно.
Ріс.1.10. Паралельне з'єднання конденсаторів.
Cобщ = C1 + C2 + C3
При паралельному з'єднанні всі конденсатори знаходяться під одним напругою, а загальний їх заряд Q. При цьому кожен конденсатор отримає заряд Q1, Q2, Q3.
Q1 = C1 # 8729; U; Q2 = C2 # 8729; U; Q3 = C3 # 8729; U. Підставами в вищестояще рівняння:
C # 8729; U = C1 # 8729; U + C2 # 8729; U + C3 # 8729; U, звідки C = C1 + C2 + C3 (і так для будь-якої кількості конденсаторів).
При послідовному з'єднанні:
Рис.1.11. Послідовне з'єднання конденсаторів.
1 / Cобщ = 1 / C1 + 1 / C2 + # 8729; # 8729; # 8729; # 8729; # 8729; + 1 / Cn
Напруга на окремих конденсаторах U1, U2, U3. Un. Загальне напруження всіх конденсаторів:
U = U1 + U2 + # 8729; # 8729; # 8729; # 8729; # 8729; + Un,
враховуючи, що U1 = Q / C1; U2 = Q / C2; Un = Q / Cn, підставивши і розділивши на Q, получімсоотношеніе для розрахунку ємності ланцюга з последовательниі з'єднанням конденсаторів
Одиниці виміру ємності:
Ф - фарад. Це дуже велика величина, тому використовують менші величини:
1 мкФ = 1 # 956; F = 10-6Ф (мікрофарад);
1 нФ = 1 nF = 10-9 Ф (нанофарадах);
1 пФ = 1pF = 10-12Ф (пікофарад).
23) Якщо провідник помістити в електричне поле то на вільні заряди q в провіднику буде діяти сила. В результаті в провіднику виникає короткочасне переміщення вільних зарядів. Цей процес закінчиться тоді, коли власне електричне поле зарядів, що виникли на поверхні провідника, компенсує повністю зовнішнє поле. Результуюче електростатичне поле усередині провідника дорівнюватиме нулю (див. § 43). Однак в провідниках при певних умовах може виникнути безперервне впорядкований рух вільних носіїв електричного заряду. Такий рух називається електричним струмом. За направлення електричного струму прийнято напрямок руху позитивних вільних зарядів. Для існування електричного струму в провіднику необхідне виконання двох умов:
1) наявність вільних зарядів в провіднику - носіїв струму;
2) наявність електричного поля в провіднику.
Кількісною мірою електричного струму служить сила струму I - скалярна фізична величина, що дорівнює відношенню заряду # 916; q, що переноситься через поперечний переріз провідника (рис. 11.1) за інтервал часу # 916; t, до цього інтервалу часу:
Впорядкований рух вільних носіїв струму в провіднику характеризується швидкістю упорядкованого руху носіїв. Ця швидкість називається швидкістю дрейфу носіїв струму. Нехай циліндричний провідник (рис. 11.1) має поперечний переріз площею S. В обсязі провідника, обмеженому поперечними перетинами 1 і 2 з відстанню # 8710; х між ними міститься число носіїв струму # 8710; N = nS # 8710; х. де n - концентрація носіїв струму. Їх загальний заряд # 8710; q = q0 # 8710; N = q0nS # 8710; х. Якщо під дією електричного поля носії струму рухаються зліва направо зі швидкістю дрейфу vдр. то за час # 8710; t = # 8710; x / vдр всі носії, укладені в цьому обсязі, пройдуть через поперечний переріз 2 і створять електричний струм. Сила струму дорівнює:
Щільністю струму називається величина електричного струму, що протікає через одиницю площі поперечного перерізу провідника:
У металевому провіднику носіями струму є вільні електрони металу. Знайдемо швидкість дрейфу вільних електронів. При силі струму I = 1А, площі поперечного перерізу провідника S = 1мм 2. концентрації вільних електронів (наприклад, в міді) n = 8,5 · 10 28 м --3 і q0 = e = 1,6 · 10 -19 Кл отримаємо:
Бачимо, що швидкість спрямованого руху електронів дуже мала, набагато менше швидкості хаотичного теплового руху вільних електронів.
Якщо сила струму і його напрям не змінюються з часом, то такий струм називається постійним.
У Міжнародній системі одиниць СІ сила струму вимірюється в амперах (А). Одиниця виміру струму 1 А встановлюється по магнітному взаємодії двох паралельних провідників зі струмом.
Постійний електричний струм може бути створений в замкнутому ланцюзі, в якій вільні носії заряду циркулюють по замкнутих траєкторіях. Але при переміщенні електричного заряду в електростатичному полі по замкнутій траєкторії, робота електричних сил дорівнює нулю. Тому для існування постійного струму необхідна наявність в електричному ланцюзі пристрою, здатного створювати і підтримувати різниці потенціалів на ділянках ланцюга за рахунок роботи сил неелектростатіческого походження. Такі пристрої називаються джерелами постійного струму. Сили неелектростатіческого походження, що діють на вільні носії заряду з боку джерел струму, називаються сторонніми силами.
Природа сторонніх сил може бути різною. У гальванічних елементах або акумуляторах вони виникають в результаті електрохімічних процесів, в генераторах постійного струму сторонні сили виникають при русі провідників в магнітному полі. Під дією сторонніх сил електричні заряди рухаються всередині джерела струму проти сил електростатичного поля, завдяки чому в замкнутому ланцюзі може підтримуватися постійний електричний струм.
При переміщенні електричних зарядів по ланцюгу постійного струму сторонні сили, що діють всередині джерел струму, здійснюють роботу.
Фізична величина, що дорівнює відношенню роботи Aст сторонніх сил при переміщенні заряду q від негативного полюса джерела струму до позитивного до величини цього заряду, називається електрорушійної силою джерела (ЕРС):
Таким чином, ЕРС визначається роботою, яку здійснюють сторонніми силами при переміщенні одиничного позитивного заряду. Електрорушійна сила, як і різниця потенціалів, вимірюється в вольтах (В).
При переміщенні одиничного позитивного заряду по замкнутому ланцюзі постійного струму робота сторонніх сил дорівнює сумі ЕРС, що діють в цьому ланцюзі, а робота електростатичного поля дорівнює нулю.