Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Электрическое поле точечного заряда. Принцип суперпозиции полей.

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Электрический заряд. Взаимодействие заряженных тел.

Закон Кулона. Закон сохранения заряда

Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство тел или частиц вступать в электромагнитное взаимодействие. Существует два вида зарядов, которые условно называют положительными и отрицательными. Единица измерения заряда в СИ -– кулон (Кл). Она выражается через основную единицу СИ – ампер (А).

.

Носителями заряда являются элементарные частицы. Электрический заряд любого тела состоит из целого числа n элементарных зарядов

,

где  - элементарный заряд.

Заряд электрона – е, заряд протона +е.

Точечным зарядом называют заряженное тело, размерами которого можно пренебречь. Закон взаимодействия неподвижных точечных зарядов экспериментально установил Кулон.

Закон Кулона:

Сила электрического взаимодействия между двумя точечными электрическими зарядами прямо пропорциональна произведению величин зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль прямой, соединяющей эти заряды.

,(3.1)

где  -  для вакуума;

 - для среды;

 - электрическая постоянная,

 - относительная диэлектрическая проницаемость среды.

Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются .

Закон сохранения электрического заряда.

Алгебраическая сумма электрических зарядов замкнутой системы тел остается постоянной при любых процессах в этой системе:

.

Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Электрическое поле точечного заряда. Принцип суперпозиции полей.

Электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый из них создает в окружающем пространстве электрическое поле.

Электрическое поле – вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие электрических зарядов. Если электрические заряды неподвижны, то поле является электростатическим.

 Напряженность поля – физическая величина, равная отношению силы, с которой поле действует на точечный положительный (пробный) заряд q, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда:

(3.2)

вектор напряженности совпадает по направлению с вектором силы. Единица измерения напряженности  или  (вольт на метр).

Напряженность электростатического поля точечного заряда Q можно определить, используя закон Кулона:

и формулу (3.2):

(3.3)

Здесь r – расстояние от заряда до точки, в которой определяется напряженность. Для изображения поля используют линии напряженности (силовые линии), касательные к которым в каждой точке дают направление вектора напряженности.

На рис. показаны силовые линии точечного положительного заряда, на рис. – отрицательного заряда. Густота силовых линий там больше, где больше напряженность поля.

Каждый электрический заряд создает электрическое поле независимо от наличия других зарядов.

Принцип суперпозиции:

напряженность поля, созданная двумя и более зарядами, находится как векторная сумма полей, созданных каждым зарядом в отдельности.

3.3 Электромагнитная индукция. Магнитный поток

В 1831 г. Фарадей открыл явление электромагнитной индукции, заключающееся в возникновении тока под действием переменного магнитного поля. Схема опытов Фарадея приведена на рисунках. Он установил, что ток в первой катушке возникает:

· при движении постоянного магнита относительно катушки (рис.);

· при изменении тока во второй катушке ;

· при движении катушек относительно друг друга (во второй при этом существует постоянный ток).

Отсюда можно сделать вывод:

в замкнутом контуре возникает ток при изменении магнитного потока, пронизывающего контур.

Магнитным потоком Ф через поверхность площадью S называется скалярная величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь S и косинус угла между нормалью к поверхности  и вектором  (рис.):

Магнитный поток можно наглядно истолковать как величину, пропорциональную числу линий магнитной индукции, пронизывающих контур.

Единица измерения потока – вебер:

Величина индукционного тока пропорциональна скорости изменения магнитного потока, отсюда с учетом закона Ома следует закон для ЭДС индукции.

ЭДС индукции равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур (производной от потока по времени):

(3.20)

Знак минус в правой части отражает правило Ленца.

Правило Ленца гласит:

возникающий в замкнутом контуре ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он был вызван (то есть) противодействует причине, его породившей).

На рис. показан опыт с внесением магнита в замкнутое кольцо. Возникающий в кольце индукционный ток создает магнитное поле, препятствующее внесению магнита, и отталкивает кольцо от магнита. При внесении магнита в разрезанное кольцо эффект отсутствует.