Электрическое поле. Напряженность, потенциал, разность потенциалов. Графическое изображение электрических полей

Электрическое полеесть форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между электрическими зарядами

Напряженность электрического поля (Е)в некоторой точке пространства - силовая характеристика электрического поля,численно равная отношению силе, действующей на единичный точечный заряд к величине этого заряда:

Е = F/q, [вольт на метр (В/м)].

Сила, действующая на заряженную частицу в электрическом поле: F = Eq

Напряженность поля, созданного точечным зарядом Q на расстоянии r от него : .

Потенциал (ϕ) точки электрического поля - энергетическая характеристика электрического поля, численно равная работе, совершаемой силами поля, по перемещению единичного заряда из данной точки в некоторую точку отсчета О:

φ = А/q, [В (вольт)].

Потенциал электрического поля точечного заряда Q в точке, удаленной от него на расстояние r: φ =

Работа, совершаемая силами электрического поля при переходе заряда q из одной точки в другую: А = q φ = qU

Разность потенциалов (напряжение) между двумя точками:

Связь между напряженностью и разностью потенциалов в однородном поле: ,

гдеd - расстояние вдоль силовой линии между точками с потенциалами .

Силовая линия - линия, касательные к которой совпадают с направлением вектора напряженности в соответствующих точках.

Эквипотенциальная поверхность- поверхность, все точки которой имеют одинаковый потенциал.

Проводники- вещества, в которых имеются свободные заряды (металлы, растворы электролитов и плазма).

Проводник в электростатическом поле - напряженность поля внутри проводника равна нулю.

Диэлектрик в электростатическом поле - напряженность поля внутри диэлектрика уменьшается: Е = .

Диэлектрическая проницаемость вещества - безразмерная величина, показывающая, во сколько раз это вещество ослабляет электрическое поле:

ε = (для вакуума ε = 1)

Электрический ток - упорядоченное движение свободных зарядов в веществе. За направление тока принимается направление движения положительных зарядов.

Сила тока - скалярная величина, она показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени (1с):

, [А (ампер)].

Плотность тока - отношение силы тока к площади сечения проводника:

.

Закон Ома - связь между силой тока и напряжением: ,

где R - сопротивление участка цепи [Ом] .

Сопротивление цилиндрического проводника: ,

где ℓ - длина, S - площадь поперечного сечения, ρ - удельное сопротивление материала.

Количество теплоты, выделившейся в проводнике за время t:

, [Дж (джоуль)]

Тепловая мощность тока: , [Вт (ватт)]

Удельная тепловая мощность тока- количество теплоты, выделяющейся в единице объема проводника за единицу времени.

Вычисление удельной тепловой мощности:

Магнитное поле - форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие движущихся электрических зарядов. В макромире магнитное поле создают проводники с током и постоянные магниты.

Магнитная индукция (В) - характеристика магнитного поля; единица измерения тесла (Тл).

Закон Ампера– сила, действующая на прямолинейный участок проводника с током: , где - сила тока, - длина проводника, α - угол между направлением тока и вектором В.

Вектор силы перпендикулярен как направлению В, так и проводнику с током.

Сила Лоренца - сила, действующая на движущийся в магнитном поле заряд : ,

где q - величина заряда, ʋ - его скорость, α - угол между направлением ʋ и В. Сила Лоренца перпендикулярна вектору магнитной индукцииВ и вектору скорости заряда ʋ.

Магнитная проницаемость вещества (μ) - безразмерная величина. Она показывает, во сколько раз индукция магнитного поля в веществе изменяется от индукции магнитного поля в вакууме.

В = μ , (для вакуума μ = 1)

Диамагнетики - μ < 1, намагниченность не сохраняется.

Парамагнетики - μ > 1, намагниченность не сохраняется.

Ферромагнетики- μ >> 1, намагниченность сохраняется.

Магнитный поток: Ф=ВScosα, [Вб (вебер)].

Закон Фарадея. Э.д.с. электромагнитной индукции: ,

Е - э.д.с., dФ - изменение магнитного потока, dt - время изменения.

Э.д.с. самоиндукции: , где L - индуктивность контура, dI - изменение силы тока, dt - время изменения.

Емкость конденсатора: С=q/U, [Ф (фарад)]

q - заряд конденсатора, U - напряжение между пластинами.

Емкость плоского конденсатора: ,

Индуктивность катушки: , [Гн (генри)]

Энергия заряженного конденсатора: ,

где С - емкость, U - напряжение, q- заряд.

Энергия катушки индуктивности: ,

где L - индуктивность, I - сила тока.