Энергетические характеристики электрического поля

Энергетические характеристики электрического поля

(Потенциал электрического поля)

Работа сил электростатического поля.

Элементарная работа как скалярное произведение

dA= =F . cosα . ds

dA= =F . dr

так как dr=cosα . ds

Эта работа определяется только начальным и конечным положением пробного заряда q ,т.е. электрическое поле является потенциальным, а кулоновские силы — потенциальными или консервативными (как гравитационные силы). Тогда работа A1→2 перемещения заряда q из точки 1 до точки 2 равна убыли потенциальной энергии Wp: . Сравнивая с А12 для выражения потенциальной энергии получаем: .

Не зависит от значения пробного заряда q и служит энергетической характеристикой электрического поля (потенциал электрического поля).

φ = работе, совершаемой полем при перемещении единичного, положительного заряда из этой точки поля до бесконечности (∞).

Единица измерения потенциала [φ] =Вольт (В); 1В= ;

Т.е. Вольт является потенциалом такой точки, при перемещении из которой заряд +1 Кл на бесконечность, совершается 1 Дж работа.

Теперь уже можно найти, что

В атомной физике, астрофизике и химии за единицу энергии обычно употребляется электрон-вольт (эв).За 1эв принимается такое количество энергии, которая приобретает электрон пройдя разность потенциалов Δφ=1в.

1 эв=1,6 . 10 -19 Кл . 1 в=1,6 . 10 -19 Дж

Для сравнения; энергия теплового движения молекул при комнатной температуре (Т≈300К 0 )

Таким образом, = . Сравнивая с А12 или А1→2 и разделяя на q

=φ12 или А=q12).

Если q заряд перемещается из точки с потенциалом φ1 в точку с потенциалом φ2, то силы поля совершают такую работу.

Иными словами, разность потенциалов двух точек поля равна работе сил поля по перемещению единичного, положительного заряда из одной точки в другую.

Из Wp (r→∞)=0 вытекает, что и φ(∞)=0, но это несущественно, т.к. важна Δφ :в формулах, обычно, присутствует именно разность потенциалов.

Знак потенциала определяется знаком заряда, создающего поля, таким образом, потенциал поля точечного заряда (или шара с однородным распределением зарядов при r>R, где R -радиус шара):

,

где (-) относится к случаю отрицательного заряда а (+) к случаю положительного заряда.

Если q … +φn=

Потенциальная энергия отталкивания одноименных зарядов > 0 и возрастает при сближении зарядов. Потенциальная энергия разноименных зарядов отрицательна и возрастает до нуля при удалении одного из зарядов в бесконечность.

Работа электрических сил отталкивания одноименных зарядов положительна, если заряды удаляют друг от друга, и отрицательна, если происходит сближение зарядов. Иными словами, работа электростатических сил притяжения разноименных зарядов положительна, если заряды сближаются и отрицательна, если они удаляются друг от друга.

Так как эти потенциальные кривые не имеют минимума (потенциальной ямы), то эта система не может находиться в устойчивом равновесии, т.е. она неустойчива.

Всякая конфигурация покоящихся электрических зарядов неустойчива, если между ними действуют только кулоновские силы (теорема Ирншоу).

Или иными словами, устойчивое статическое распределение электрических зарядов, находящихся на конечных расстояниях друг от друга, невозможно.

Надо отметить, что равновесие между многими разноименными зарядами может осуществляться при определенном их взаиморасположении и определенном соотношении между их величинами. Но это равновесие не будет устойчивым.

Механический аналог устойчивого и неустойчивого равновесия шарик в гравитационном поле.

Пример неустойчивого равновесия

Противовес электрических сил в моделях атомов, молекул, ионов, в кристаллах существуют непрерывное движение и колебание заряженных частиц.

Устойчивое равновесие заряженных частиц в атомах, молекулах, ионах и т. п. системах достигается благодаря динамическому характеру их взаимодействии, т.е. они не являются статическими системами. Например, динамический (колебательный) характер устойчивости в молекулах приводит к одновременным действием межмолекулярных сил притяжения и отталкивания, причем зависимость сил притяжения и сил отталкивания от расстояния между заряженными частицами выражается различными и отличающимися от закона Кулона закономерностями.

Поверхность, во всех точках которой потенциал одинаков, называется эквипотенциальной поверхностью: перемещение заряда вдоль этой поверхности не сопровождается работой, так как при φ=const, Δφ=0.

А это значит, что в каждой точке силовые линии электрического поля перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.

Свойства электростатических полей:

1. В каждой точке эквипотенциальной поверхности напряженность перпендикулярна к этой поверхности и направлена в сторону убывания потенциала.

2. Работа по перемещению электрического заряда по одной и той же эквипотенциальной поверхности равняется 0.

Внутри проводника =0, а все точки объема проводника имеют одинаковый потенциал, совпадающий с потенциалом поверхности проводника.

Таким образом, электрическое поле графически можно изображать не только при помощи силовых линий, но и при помощи эквипотенциальных поверхностей: они обычно проводят так, чтобы Δφ между любыми двумя соседними эквипотенциальными поверхностями были одинаковыми.

Связь между напряженностью и потенциалом электрического поля

По сущности, эта связь между силовыми и энергетическими характеристиками электрического поля.

На рисунке нанесены силовые линии (сплошные стрелки) и проекции эквипотенциальных поверхностей (пунктирные линии) электростатического поля. Элементарная работа, совершаемая полем при передвижении заряда q из точки 1 в точку 2 , можно определить двумя способами:

учитывая, что dℓ . cosα=dn

Модуль напряженности поля (Е) в данной точке определяется быстротой падения потенциала вдоль линии напряженности.

Знак (-) показывает, что вектор направлен в сторону убывания потенциала.

,

Градиент физической величины называется ее изменение, приходящееся на единицу расстояния в направлении наибольшего возрастания: .

Понятие градиента применимо к любой физической величине (скорости, плотности, температуре, давлению и т.д.), если только она имеет пространственное распределение. Например, известно, что средний градиент температуры земной коры (геотермический градиент) направлен к центру Земли и составляет около 0,003 К/м. Это означает, что температура земной коры возрастает в среднем на 3 0 С на каждые 100м глубины.

В общем случае , который обозначается также оператором Гамильтона или «набла»- оператором ( U).

Таким образом, =−grand φ .

Источник:
http://infopedia.su/8×11942.html

Электрическое поле

Исследование взаимодействия заряженных легких алюминиевых гильз и электрических султанов.

Каким образом осуществляется взаимодействие зарядов?

Идея электрического поля была введена М. Фарадеем и теоретически обоснована Дж. Максвеллом.

Электрическое поле это вид материи посредством которого осуществляется взаимодействие электрических зарядов.

Электрическое поле неподвижных зарядов не меняется со временем и называется электростатическим полем .

Свойства электрического поля:

  1. Порождается электрическим зарядом.
  2. Обнаруживается по действию на заряд.
  3. Действует на заряд с некоторой силой.
  4. Распространяется в пространстве с конечной скоростью с=3·10 8 м/с.

Силовой характеристикой электрического поля является напряженность.

Напряженность электрического поля – векторная физическая величина, равная отношению силы , действующей на пробный точечный заряд q, к этому заряду:

Направление вектора напряженности совпадает с направлением вектора кулоновской силы.

Напряженность поля не зависит от значения пробного заряда q; определяется зарядами – источниками поля, является силовой характеристикой этого поля.

Единица в СИ – Н/Кл или В/м.

Поле, напряженность которого в любой точке одинакова (E = const), называют однородным.

Напряженность точечного электрического заряда в данной точке зависит от модуля заряда Q и от расстояния до этого заряда R.

Каждый электрический заряд создает в пространстве электрическое поле независимо от наличия других электрических зарядов. В этом заключается принцип суперпозиции электрических полей .

Электрические поля изображаются графически с помощью линий напряженности .

Неоднородное электрическое поле

Силовая линия (линия напряженности) электрического поля – линия, в каждой точке которой напряженность поля направлена по касательной. Силовые линии поля в электростатике начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных. Густота силовых линий пропорциональна модулю вектора напряженности.

Однородное электрическое поле

На электрический заряд помещенный в однородное электрическое поле действует кулоновская сила способная совершать работу по перемещению электрического заряда.

Работа электрического поля не зависит от формы траектории и на замкнутой траектории равна нулю. Такие поля называются потенциальными. Для этих поле характерна незамкнутость линий напряженности.

Энергетической характеристикой электрического поля является потенциал (разность потенциалов), скалярная физическая величина, выражаемая в вольтах (В); 1В = 1 Дж / 1 Кл.

Потенциал поля в данной точке, находящейся на расстоянии R от заряда Q:

Потенциал поля может быть как положительным, так и отрицательным. Следуя принципу суперпозиции полей, можно утверждать, что если в данной точке пространства известен потенциал поля, созданного отдельно каждым из N зарядов (тел), то потенциал суммарного поля равен алгебраической сумме потенциалов каждого из полей

На практике используют разность потенциалов :

В электрическом поле разность потенциалов между двумя любыми точками равна напряжению между этими точками.

Эквипотенциальная поверхность – поверхность, во всех точках которой потенциал имеет одно и то же значение.

На рисунке показаны эквипотенциальные поверхности точечных положительного и отрицательного зарядов и системы двух положительных зарядов.

Связь между напряженностью электрического поля и напряжением:

Источник:
http://fizclass.ru/elektricheskoe-pole/

Что такое электрическое поле, его классификация и характеристики

Нас окружает материальный мир. Материю мы воспринимаем с помощью зрения и других органов чувств. Отдельным видом материи является электрическое поле, которое можно выявить только через его влияние на заряженные тела или с помощью приборов. Оно порождает магнитные поля и взаимодействует с ними. Эти взаимодействия нашли широкое практическое применение.

Читайте также  Настройка списков каналов в 4100с, Инструкция по настройке списков каналов в спутниковых ресиверах глобо в картинках

Определение

Электрическое поле неразрывно связано с магнитным полем, и возникает в результате его изменения. Эти два вида материи являются компонентами электромагнитных полей, заполняющих пространство вокруг заряженных частиц или заряженных тел.

Таким образом, данный термин означает особый вид материи, обладающий собственной энергией, являющийся составным компонентом векторного электромагнитного поля. У электрического поля нет границ, однако его силовое воздействие стремится к нулю, при удалении от источника – заряженного тела или точечных зарядов [1].

Важным свойством полевой формы материи является способность электрического поля поддерживать упорядоченное перемещение носителей зарядов.

Рис. 1. Определение понятия «электрическое поле»

Энергия электрического поля подчиняется действию закона сохранения. Её можно преобразовать в другие виды или направить на выполнение работы.

Силовой характеристикой полей выступает их напряжённость – векторная величина, численное значение которой определяется как отношение силы, действующей на пробный положительный заряд, к величине этого заряда.

Характерные физические свойства:

  • реагирует на присутствие заряженных частиц;
  • взаимодействует с магнитными полями;
  • является движущей силой по перемещению зарядов – как положительных ионов, таки отрицательных зарядов в металлических проводниках;
  • поддаётся определению только по результатам наблюдения за проявлением действия.

Оно всегда окружает неподвижные статичные (не меняющиеся со временем) заряды, поэтому получило название – электростатическое. Опыты подтверждают, что в электростатическом поле действуют такие же силы, как и в электрическом.

Электростатическое взаимодействие поля на заряженные тела можно наблюдать при поднесении наэлектризованной эбонитовой палочки к мелким предметам. В зависимости от полярности наэлектризованных частиц, они будут либо притягиваться, либо отталкиваться от палочки.

Сильные электростатические поля образуются вблизи мощных электрических разрядов. На поверхности проводника, оказавшегося в зоне действия разряда, происходит перераспределение зарядов.

Вследствие распределения зарядов проводник становится заряженным, что является признаком влияния электрического поля.

Классификация

Электрические поля бывают двух видов: однородные и неоднородные.

Однородное электрическое поле

Состояние поля определяется пространственным расположением линий напряжённости. Если векторы напряжённости идентичны по модулю и они при этом сонаправлены во всех точках пространства, то электрическое поле – однородно. В нём линии напряжённости расположены параллельно.

В качестве примера является электрическое поле, образованное разноимёнными зарядами на участке плоских металлических пластин (см. рис. 2).

Рис. 2. Пример однородности

Неоднородное электрическое поле

Чаще встречаются поля, напряжённости которых в разных точках отличаются. Линии напряжённости у них имеют сложную конфигурацию. Простейшим примером неоднородности является электрический диполь, то есть система из двух разноимённых зарядов, влияющих друг на друга (см. рис. 3). Несмотря на то, что векторы напряжённости электрического диполя образуют красивые линии, но поскольку они не равны, то такое поле неоднородно. Более сложную конфигурацию имеют вихревые поля (рис 4). Их неоднородность очевидна.

Рис. 3. Электрический диполь Рис. 4. Вихревые поля

Характеристики

Основными характеристиками являются:

Термин означает отношение потенциальной энергии W, которой обладает пробный заряд q′ в данной точке к его величине. Выражение φ =W/q′. называется потенциалом электрического поля в этой точке.

Другими словами: количество накопленной энергии, которая потенциально может быть потрачена на выполнение работы, направленной на перемещение единичного заряда в бесконечность, или в другую точку с условно нулевой энергией, называется потенциалом рассматриваемого электрического поля в данной точке.

Энергия поля учитывается по отношению к данной точке. Её ещё называют потенциалом в данной точке. Общий потенциал системы равен сумме потенциалов отдельных зарядов. Это одна из важнейших характеристик поля. Потенциал можно сравнить с энергией сжатой пружины, которая при высвобождении способна выполнить определённую работу.

Единица измерения потенциала – 1 вольт. При бесконечном удалении точки от наэлектризованного тела, потенциал в этой точке уменьшается до 0: φ=0.

Напряжённость поля

Достоверно известно, что электрическое поле отдельно взятого заряда q действует с определённой силой F на точечный пробный заряд, независимо от того, на каком расстоянии он находится. Сила, действующая на изолированный положительный пробный заряд, называется напряжённостью и обозначается символом E.

Напряжённость – векторная величина. Значение модуля вектора напряжённости: E=F/q′.

Линиями напряжённости электрического поля (известные как силовые линии), называются касательные, которые в точках касания совпадают с ориентацией векторов напряжённости. Плотность силовых линий определяет величину напряжённости.

Рис. 5. Электрическое поле положительного и отрицательного вектора напряжённости

Напряженность вокруг точечного заряда Q на расстоянии r от него, определяется по закону Кулона: E = 14πε⋅Qr2. Такие поля называют кулоновскими.

Векторы напряженности положительного точечного заряда направлены от него, а отрицательного – до центра (к заряду). Направления векторов кулоновского поля видно на рис. 6.

Рис. 6. Направление линий напряжённости положительных и отрицательных зарядов

Для кулоновских полей справедлив принцип суперпозиции. Суть принципа в следующем:вектор напряжённости нескольких зарядов может быть представлен в виде геометрической суммы напряжённостей, создаваемых каждым отдельно взятым зарядом, входящих в эту систему.

Для общего случая распределения зарядов имеем:

Линии напряжённости схематически изображены на рисунке 7. На картинке видно линии, характерные для полей:

  • электростатического;
  • дипольного;
  • системы и одноимённых зарядов;
  • однородного поля.

Рис. 7. Линии напряжённости различных полей

Напряжение

Поскольку силы электрического поля способны выполнять работу по перемещению носителей элементарных зарядов, то наличие поля является условием для существования электрического тока. Электроны и другие элементарные заряды всегда двигаются от точки, обладающей более высоким потенциалом, к точке с низшим потенциалом. При этом часть энергии расходуется на выполнение работы по перемещению.

Для поддержания постоянного тока (упорядоченного движения носителей элементарных зарядов) необходимо на концах проводника поддерживать разницу потенциалов, которую ещё называют напряжением. Чем больше эта разница, тем активнее выполняется работа, тем мощнее ток на этом участке. Функции по поддержанию разницы потенциалов возложены на источники тока.

Методы обнаружения

Органы чувств человека не воспринимают электрических полей. Поэтому мы не можем их увидеть, попробовать на вкус или определить по запаху. Единственное, что может ощутить человек – это выпрямление волос вдоль линий напряжённости. Наличие слабых воздействий мы просто не замечаем.

Обнаружить их можно через воздействие на мелкие кусочки бумаги, бузиновые шарики и т.п. Электрическое поле воздействует на электроскоп – его лепестки реагируют на такие воздействия.

Очень простой и эффективный метод обнаружения с помощью стрелки компаса. Она всегда располагается вдоль линий напряжённости.

Существуют очень чувствительные электронные приборы, с лёгкостью определяющие наличие электростатических полей.

Методы расчета электрического поля

Для расчётов параметров используются различные аналитические или численные методы:

  • метод сеток или конечных разностей;
  • метод эквивалентных зарядов;
  • вариационные методы;
  • расчёты с использованием интегральных уравнений и другие.

Выбор конкретного метода зависит от сложности задачи, но в основном используются численные методы, приведённые в списке.

Использование

Изучение свойств электрического поля открыло перед человечеством огромные возможности. Способность поля перемещать электроны в проводнике позволила создавать источники тока.

На свойствах электрических полей создано различное оборудование, применяемое в медицине, химической промышленности, в электротехнике. Разрабатываются приборы, применяемые в сфере беспроводной передачи энергии к потребителю. Примером могут послужить устройства беспроводной зарядки гаджетов. Это пока только первые шаги на пути к передачи электричества на большие расстояния.

Сегодня, благодаря знаниям о свойствах полевой формы материи, разработаны уникальные фильтры для очистки воды. Этот способ оказался дешевле, чем использование традиционных сменных картриджей.

К сожалению, иногда приходится нейтрализовать силы полей. Обладая способностью электризации предметов, оказавшихся в зоне действия, электрические поля создают серьёзные препятствия для нормальной работы радиоэлектронной аппаратуры. Накопленное статическое электричество часто является причиной выхода из строя интегральных микросхем и полевых транзисторов.

Источник:
http://www.asutpp.ru/elektricheskoe-pole.html

Энергетические характеристики электростатического поля

38 000 репетиторов из РФ и СНГ

Занятия онлайн и оффлайн

Более 90 дисциплин

«Энергетические характеристики электростатического поля»

Учебник: Физика. 10 класс: учебник для общеобразовательных организаций : базовый уровень / Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев, Н.Н. Сотский; под ред. Н.А. Парфентьевой. — 4-е изд. — М.: Просвещение, 2018. — 416 с. : ил. —(Классический курс).

Количество часов: 102 (3 час/нед.)

Учитель физики: ________________ / Новиков И.О.

«Энергетические характеристики электростатического поля»

ввести понятия «потенциал», «разность потенциалов», «потенциальное поле»; получить формулы для вычисления потенциала;

сформировать представления об эквипотенциальной поверхности, работе электрического поля и связи силовой и энергетической характеристик поля;

стимулировать познавательную деятельность постановкой учебных проблем, выдвижением гипотез и предположений;

развивать умения сравнивать и анализировать;

формировать умения выделять и характеризовать физические явления.

МТО: компьютер, проектор, таблица «Потенциал. Разность потенциалов».

Приветствие. Организационный момент

Что понимают под работой электрического поля? Как выглядит формула?

Читайте также  Системный блок из оргстекла своими руками: инструкции, фото, видео

Как связано изменение потен. энергии с работой?

Чему равна потен. энергия заряжённой частицы в однородном поле?

От чего зависит/не зависит работа по перемещению заряда из одной точки поля в другую?

Чему равна работа по перемещению заряда по замкнутому контуру?

Изучение нового материала

Мы изучили силовую характеристику поля – напряжённость. Сегодня мы рассмотрим энергетическую характеристику поля.

Работа любого электростатического поля при перемещении в нём заряжённого тела из одной точки в другую также не зависит от формы траектории, как и работа однородного. По замкнутому контуру А=0. Следовательно, это поле потенциально.

Потенциальное поле – это поле, в котором работа силы не зависит от формы пути, а зависит лишь от положений начальной и конечной точек траектории.

Мы знаем, что отношение потенциальной энергии к заряду не зависит от помещённого в поле заряда. Это позволяет ввести новую энергетическую характеристику – потенциал.

Потенциалом точки электростатического поля называют отношение потенциальной энергии заряда, помещённого в данную точку, к этому заряду.

Потенциал поля неподвижного точечного заряда q в данной точке поля, находящейся на расстоянии r от заряда (источника поля):

Напряжённость представляет собой силовую характеристику поля, которая определяет силу , действующую на заряд q в данной точке поля.

Потенциал – скалярная энергетическая характеристика поля, определяющая энергию заряда q в данной точке поля. Он не зависит от заряда, помещенного в электрическое поле.

Тогда, зная потенциал в данной точке поля и значение заряда, мы можем рассчитать потенциальную энергию заряда:

тогда работа сил поля равна:

Физический смысл имеет не сам потенциал точки элект. поля, а разность потенциалов. В физике принято считать, что разность потенциалов – это напряжение:

Теперь рассмотрим связь между напряжённостью элект. поля и разностью потенциалов.

Каждой точке электрического поля соответствуют определённые значения потенциала и напряжённости.

Пусть заряд + q перемещается в направлении вектора напряжённости однородного элект. поля из точки 1 в точку 2, находящуюся на расстоянии от точки 1. Электрическое поле совершает работу, эту работу можно выразить через разность потенциалов между точками 1 и 2: . Приравнивая выражения для работы, найдем модуль

Конечная формула показывает: чем меньше меняется потенциал на расстоянии , тем меньше напряжённость электростат. поля. Если потенциал не меняется совсем, то .

Напряжённость электрического поля направлена в сторону убывания потенциала.

Если от источника элект. поля провести векторы напряжённости поля, то на одинаковом расстоянии r от заряда (источника) потенциалы данных точек будут одинаковы. Концентрические линии окружностей и линии, перпендикулярные линиям напряжённости поля называют эквипотенциальными поверхностями.

Эквипотенциальные поверхности – поверхности равного потенциала.

Потенциал в любой точке поле равен алгебраической сумме потенциалов, созданных в этой точке каждым зарядом в отдельности:

Источник:
http://infourok.ru/energeticheskie-harakteristiki-elektrostaticheskogo-polya-2917233.html

Характеристики электрического поля

В статье описаны основные характеристики электрического поля: потенциал, напряжение и напряженность.

Что такое электрическое поле

Для того, чтобы создать электрическое поле, необходимо создать электрический заряд. Свойства пространства вокруг зарядов (заряженных тел) отличаются от свойств пространства, в котором нет зарядов. При этом свойства пространства при внесении в него электрического заряда изменяются не мгновенно: изменение начинается у заряда и с определенной скоростью распространяется от одной точки пространства к другой.

В пространстве, содержащем заряд, проявляются механические силы, действующие на другие заряды, внесенные в это пространство. Эти силы есть результат не непосредственного действия одного заряда на другой, а действия через качественно изменившуюся среду.

Пространство, окружающее электрические заряды, в котором проявляются силы, действующие на внесенные в него электрические заряды, называется электрическим полем .

Заряд, находящийся в электрическом поле, движется в направлении силы, действующей на него со стороны поля. Состояние покоя такого заряда возможно лишь тогда, когда к заряду приложена какая-либо внешняя (сторонняя) сила, уравновешивающая силу электрического поля.

Как только нарушается равновесие между сторонней силой и силой поля, заряд снова приходит в движение. Направление его движения всегда совпадает с направлением большей силы.

Для наглядности электрическое поле принято изображать так называемыми силовыми линиями электрического поля. Эти линии совпадают с направлением сил, действующих в электрическом поле. При этом условились проводить столько линий, чтобы их число на каждый 1 см2 площадки, установленной перпендикулярно к линиям, было пропорционально силе поля в соответствующей точке.

За направление поля условно принято направление силы поля, действующей на положительный заряд, помещенный в данное поле. Положительный заряд отталкивается от положительных зарядов и притягивается к отрицательным. Следовательно, поле направлено от положительных зарядов к отрицательным.

Направление силовых линий обозначается на чертежах стрелками. Наукой доказано, что силовые линии электрического поля имеют начало и конец, т. е. они не замкнуты сами на себя. Исходя из принятого направления поля, устанавливаем, что силовые линии начинаются на положительных зарядах (положительно заряженных телах) и заканчиваются на отрицательных.

Рис. 1. Примеры изображения электрического поля при помощи силовых линий: а — электрическое поле одиночного положительного заряда, б — электрическое поле одиночного отрицательного заряда, в — электрическое поле двух разноименных зарядов, г — электрическое поле двух одноименных зарядов

На рис. 1 показаны примеры электрического поля, изображенного при помощи силовых линий. Нужно помнить, что силовые линии электрического поля — это лишь способ графического изображения поля. Большего содержания в понятие силовой линии здесь не вкладывается.

Сила взаимодействия двух зарядов зависит от величины и взаимного расположения зарядов, а также от физических свойств окружающей их среды.

Для двух наэлектризованных физических тел, размеры которых пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием между телами, хила взаимодействия математически определяется следующим образом:

где F — сила взаимодействия зарядов в ньютонах (Н), k — расстояние между зарядами в метрах ( м), Q1 и Q2 — величины электрических зарядов в кулонах (к) , k — коэффициент пропорциональности, величина которого зависит от свойств среды, окружающей заряды.

Приведенная формула читается так: сила взаимодействия между двумя точечными зарядами прямо пропорциональна произведению величин этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними (закон Кулона).

Для определения коэффициента пропорциональности k служит выражение k = 1/ (4 πεε о) .

Потенциал электрического поля

Электрическое поле всегда сообщает движение заряду, если силы поля, действующие на заряд, не уравновешиваются какими-либо сторонними силами. Это говорит о том, что электрическое поле обладает потенциальной энергией, т. е. способностью совершать работу.

Перемещая заряд из одной точки пространства в другую, электрическое поле совершает работу, в результате чего запас потенциальной энергии поля уменьшается. Если заряд перемещается в электрическом поле под действием какой-либо сторонней силы, действующей навстречу силам поля, то работа совершается не силами электрического поля, а сторонними силами. В этом случае потенциальная энергия поля не только не уменьшается, а, наоборот, увеличивается.

Работа, которую совершает сторонняя сила, перемещая в электрическом поле заряд, пропорциональна величине сил поля, противодействующих этому перемещению. Совершаемая при этом сторонними силами работа полностью расходуется на увеличение потенциальной энергии поля. Для характеристики поля со стороны его потенциальной энергии принята величина, называемая потенциалом электрического поля .

Сущность этой величины состоит в следующем. Предположим, что положительный заряд находится за пределами рассматриваемого электрического поля. Это значит, что поле практически не действует на данный заряд. Пусть сторонняя сила вносит этот заряд в электрическое поле и, преодолевая сопротивление движению, оказываемое силами поля, переместит заряд в данную точку поля. Работа, совершаемая силой, а значит, и величина, на которую увеличилась потенциальная энергия поля, зависит всецело от свойств поля. Следовательно, эта работа может характеризовать энергию данного электрического поля.

Энергия электрического поля, отнесенная к единице положительного заряда, помещенного в данную точку поля, и называется потенциалом поля в данной его точке.

Если потенциал обозначить буквой φ , заряд — буквой q и затраченную на перемещение заряда работу — W, то потенциал поля в данной точке выразится формулой φ = W/q.

Из сказанного следует, что потенциал электрического поля в данной его точке численно равен работе, совершаемой сторонней силой при перемещении единицы положительного заряда из-за пределов поля в данную точку. Потенциал поля измеряется в вольтах (В). Если при переносе одного кулона электричества из-за пределов поля в данную точку сторонние силы совершили работу, равную одному джоулю, то потенциал в данной точке поля равен одному вольту: 1 вольт = 1 джоуль / 1 кулон

Напряжение электрического поля

В любом электрическом поле положительные заряды перемещаются от точек с более высоким потенциалом к точкам с потенциалом более низким. Отрицательные заряды перемещаются, наоборот, от точек с меньшим потенциалом к точкам с большим потенциалом. B обоих случаях работа совершается за счет потенциальной энергии электрического поля .

Читайте также  Как снять статическое электричество с одежды: народные средства

Если нам известна эта работа, т. е. величина, на которую уменьшилась потенциальная энергия поля при перемещении положительного заряда q из точки 1 поля в точку 2, то легко найти напряжение между этими точками поля U1,2:

где А — работа сил поля при переносе заряда q из точки 1 в точку 2. Напряжение между двумя точками электрического поля численно равно работе, которую совершает ноле для переноса единицы положительного заряда из одной точки поля в другую .

Как видно, напряжение между двумя точками поля и разность потенциалов между этими же точками представляют собой одну и ту же физическую сущность . Поэтому термины напряжение и разность потенциалов суть одно и то же. Напряжение измеряется в вольтах (В).

Напряжение между двумя точками равно одному вольту, если при переносе одного кулона электричества из одной точки поля в другую силы поля совершают работу, равную одному джоулю: 1 вольт = 1 джоуль / 1 кулон

Напряженность электрического поля

Из закона Кулона следует, что величина силы электрического поля данного заряда, действующей на помещенный в этом поле другой заряд, не во всех точках поля одинакова. Характеризовать электрическое поле в каждой его точке можно величиной силы, с которой оно действует на единичный положительный заряд, помещенный в данной точке.

Зная эту величину, можно определить силу F, действующую на любой заряд Q. Можно написать, что F = Q х Е, где F — сила, действующая со стороны электрического поля на заряд Q, помещенный в данную точку поля, Е — сила, действующая на единичный положительный заряд, помещенный в эту же точку поля. Величина Е, численно равная силе, которую испытывает единичный положительный заряд в данной точке поля, называется напряженностью электрического поля .

Источник:
http://electricalschool.info/spravochnik/electroteh/841-kharakteristiki-jelektricheskogo-polja.html

Тест «Электростатика»
тест по физике (10 класс) на тему

Данный тест расчитан на учащихся 10 класса. Позволяет проверить знания по теме «Электростатика».

Предварительный просмотр:

Зачет по теме « Электростатика»

1 .Источником электрического поля является:

а) заряд б) частица в) молекула г) материя

2 .В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов

а) убывает б) возрастает в) остается неизменной г) изменяется

3. Как изменится сила взаимодействия двух точечных зарядов, если расстояние между ними увеличить в 2 раза?

а) увеличится в 2 раза б) уменьшится в 2 раза

в) увеличится в 4 раза г) уменьшится в 4 раза

4 . Отношение силы, действующий на заряд со стороны электрического поля, к величине этого заряда называется

а) напряжением б) напряженностью в) работой г) электроемкостью

5 .Вещества, содержащие свободные заряды, называются

а) диэлектрики б) полупроводники

в) проводники г) таких веществ не существует

6 .Как изменится потенциальная энергия электрического поля, если увеличить заряд в 3 раза?

а) увеличится в 3 раза б) уменьшится в 3 раза

в) уменьшится в 6 раз г) увеличится в 6 раз

7 .Какая величина является энергетической характеристикой электрического поля?

а) напряженность б) потенциал в) энергия г) сила

8 .Какая сила действует на заряд 10нКл, помещенный в точку, в которой напряженность электрического поля равна 3кН/Кл?

а) 3∙10 -5 Н б) 3∙10 -11 Н в) 3∙10 11 Н г) 3∙10 5 Н

9 .Как изменится электроемкость конденсатора, если увеличить заряд в 4 раза?

а) увеличится в 2 раза б) останется неизменной

в) уменьшится в 2 раза г) увеличится в 4 раза

10 . Как изменится энергия конденсатора, если заряд увеличить в 3 раза, а электроемкость останется прежней?

а) уменьшится в 3 раза б) увеличится в 3 раза

в) увеличится в 9 раз г) уменьшится в 9 раз

Зачет по теме « Электростатика»

1. Частицы, имеющие одноименные заряды

а) отталкиваются б) притягиваются

в) не взаимодействуют г) остаются неподвижными

2 .Как называется сила, с которой взаимодействуют заряды?

а) кулоновская б) гравитационная в) притяжения г) отталкивания

3 .Как изменится сила взаимодействия двух точечных зарядов при увеличении каждого из них в 2 раза?

а) увеличится в 2раза б) уменьшится в 2 раза

в) увеличится в 4 раза г) уменьшится в 4 раза

4. Как направлен вектор напряженности?

а) от «-» к « +» б) от «+» к «-» в) произвольно г) не имеет направления

5 .В Кулонах измеряется

а) заряд б) напряженность в) напряжение г) сила, действующая на заряд

6. Какая величина является энергетической характеристикой электрического поля

а) заряд б) электроемкость

в) напряженность г) напряжение

7. При перемещении электрического заряда q между точками с разностью потенциалов 8В силы, действующие на заряд со стороны электрического поля, совершили работу 4Дж. Чему равен заряд q ?

а) 0,5Кл б) 2Кл в) 4Кл г) 0,2Кл

8. Чему равна электроемкость конденсатора, если напряжение между обкладками равно 2В, а заряд на одной обкладке равен 2Кл

а) 4Ф б) 0.5Ф в)1Ф г) 2Ф

9. Отрицательный заряд имеют

а) протоны б) электроны в) нейтроны г) позитроны

10 . Энергия конденсатора емкостью 6пФ и напряжением между обкладками 1000В равна

а) 6∙ 10 6 Дж б) 3∙ 10 6 Дж в) 6∙ 10 -6 Дж г) 3∙ 10 -6 Дж

Зачет по теме « Электростатика»

  1. Частицы, имеющие противоположные заряды

а) отталкиваются б) притягиваются

в) не взаимодействуют г) остаются неподвижными

2 .Единица измерения заряда

а) Кулон б) Вольт в) Ватт г) Фарад

3 .Вектор напряженности направлен

а) от «+» к «-» б) от «-» к «+» в) произвольно г) не имеет направления

4 .Как изменится сила взаимодействия двух точечных зарядов при увеличении каждого из них в 3 раза?

а) увеличится в 3раза б) уменьшится в 3 раза

в) увеличится в 9 раза г) уменьшится в 9 раза

5 . В некоторой точке поля на заряд 5нКл действует сила 0, 2мкН. Чему равна напряженность поля в этой точке?

а) 40 Н/Кл б) 400 Н/Кл в) 4 Н/Кл г) 0,4 Н/Кл

6. Способность проводника накапливать заряд называется

а)энергией б) напряжением в) напряженностью г)электроемкостью

7. Какая величина является силовой характеристикой электрического поля?

а) напряжение б) напряженность в) сила г) электроемкость

8. Зависит ли емкость конденсатора от его геометрических размеров?

а) нет б) зависит только от материала, из которого изготовлен конденсатор

в) да г) зависит только от слоя диэлектрика между обкладками

9. При перемещении электрического заряда q между точками с разностью потенциалов 4В силы, действующие на заряд со стороны электрического поля, совершили работу 8Дж. Чему равен заряд q ?

а) 0,5Кл б) 2Кл в) 4Кл г) 0,2Кл

10 . Как изменится энергия электрического поля в конденсаторе, если его заряд уменьшить в 2 раза, а электроемкость останется прежней?

а) увеличится в 4 раза б) уменьшится в 2 раза

в) увеличится в 2 раза г) уменьшится в 4 раза

Зачет по теме « Электростатика»

1 . Как называется сила, с которой взаимодействуют заряды?

а) кулоновские б) гравитационные в) притяжения г) отталкивания.

2 .Главное свойство любого электрического поля

а) невидимость б) действие на электрический заряд

в) действие на тела г) соединяет заряды

3. Как изменится сила взаимодействия двух точечных зарядов при уменьшении расстояния между ними в 3 раза?

а) увеличится в 3раза б) уменьшится в 3 раза

в) увеличится в 9 раза г) уменьшится в 9 раз

4. Величина, равная называется

а) напряжением б) энергией в) работой г) напряженностью

5. Отношение работы поля при перемещении заряда из начальной точки в конечную к величине этого заряда называется

а) напряжением б) энергией поля в) силой поля г) напряженностью

6 . Электроемкость измеряется в

а) Вольтах б) Фарадах в) Джоулях г) Кулонах

7. При перемещении электрического заряда q между точками с разностью потенциалов 8В силы, действующие на заряд со стороны электрического поля, совершили работу 16Дж. Чему равен заряд q?

а) 0,5Кл б) 2Кл в) 4Кл г) 0,2Кл

8. Энергия конденсатора емкостью 8пФ и напряжением между обкладками 1000В равна

а) 8∙ 10 6 Дж б) 4∙ 10 6 Дж в) 4∙ 10 -6 Дж г) 8∙ 10 -6 Дж

9. Силовой характеристикой электрического поля является:

а) сила б) напряжение

в) электроемкость г) напряженность

10 . При перемещении электрического заряда q между точками с разностью потенциалов 5В силы, действующие на заряд со стороны электрического поля, совершили работу 4Дж. Чему равен заряд q?

Источник:
http://nsportal.ru/shkola/fizika/library/2013/01/18/test-elektrostatika