Электростатика и постоянный ток презентация

[q] = A⋅c = Кл

Заряд протона qp = e, заряд электрона qe = – e.

Электрон ( др.греч. ἤλεκτρον ) – янтарь.

Процесс сообщения телу электрического заряда – электризация – состоит в перераспределении подвижных электрических зарядов между взаимодействующими телами.

Если Np = Ne, то тело электрически нейтрально, q = 0.
Если Np > Ne, то заряд тела q > 0.
Если Np < Ne, то заряд тела q < 0.

Электрический заряд обладает свойством инвариантности: величина заряда не изменяется при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой.

Электрические заряды взаимодействуют друг с другом: одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются.

Формула справедлива также для тел сферической формы; в таком случае r – расстояние между центрами этих сфер.

– электрическая постоянная;

Взаимодействие электрически заряженных тел осуществляется посредством электрического поля..

Напряженностью электрического поля называется векторная величина, равная отношению силы, действующей на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда

[E] = Н/Кл = В/м

Если электрическое поле создано несколькими точечными зарядами, то, согласно принципу суперпозиции, напряженность результирующего поля равна геометрической сумме напряженностей, созданных каждым зарядом в отдельности:

Величина dФ пропорциональна числу силовых линий, пронизывающих площадку dS.

Поток через поверхность S
конечных размеров

Для любой точки на поверхности сферы

Если заряд q находится в центре сферы, то
для любой элементарной площадки dS этой поверхности угол α = 0, то есть cosα = 1. Для вакуума ε = 1, поэтому

Полученный результат справедлив также для случая, когда заряд находится внутри любой замкнутой поверхности.

Это теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме:
поток вектора напряженности электростатического поля в вакууме через произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов внутри этой поверхности, деленной на электрическую постоянную εо.

Если заряд находится вне замкнутой поверхности, то поток вектора Е через нее равен нулю.

Поток напряженности через оба основания цилиндра Ф = 2SE.
Поток напряженности через боковую поверхность Ф = 0. Заряд внутри этой поверхности q = σS.
По теореме Гаусса

Работа поля вдоль всей траектории движения

Работа не зависит от формы траектории и определяется только положением начальной и конечной точки, поэтому электростатическое поле точечного заряда потенциально, а электростатические силы консервативны.

Отношение Wp/qo является энергетической характеристикой электростатического поля, которая называется потенциалом

Потенциал – это скалярная величина, равная потенциальной энергии единичного положительного заряда, помещенного в данную точку электростатического поля.

[

[ϕ] = Дж/Кл = В

Циркуляция вектора напряженности равна работе сил поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль данной траектории.

Если траектория замкнута, то и тогда

Циркуляция напряженности электростатического поля вдоль произвольного замкнутого контура L равна нулю.
Это положение справедливо только для электростатического поля.
Это выражение является математическим критерием потенциальности поля.

Ту же работу можно выразить через потенциал:

Повторив аналогичные действия для осей OY и OZ, получим

Напряженность электростатического поля равна градиенту потенциала, взятому со знаком минус.

Вектор градиента направлен в сторону наибольшего возрастания потенциала, а вектор напряженности – в противоположную сторону.

где С – называется электроемкостью или емкостью проводника. Величина С зависит от размеров и формы проводника,
но не зависит от заряда. Емкость Земного шара С ≈ 700 мкФ.

Конденсатором называется система двух проводников, разноименно заряженных равными по модулю зарядами.

Заряд конденсатора прямо пропорционален разности потенциалов его обкладок:

При параллельном соединении n конденсаторов

При последовательном соединении n конденсаторов

Работа внешних сил при увеличении заряда от нуля до q

Энергия электрического поля заряженного конденсатора

Плотность энергии электрического поля

Носителем энергии является поле.

Это выражение справедливо и для переменного электрического поля, в котором поле существует независимо от зарядов.

Диэлектрики в электрическом поле

где величина называется диэлектрической проницаемостью.
Величины κ, ε и Р являются характеристиками вещества.

Вектор - это характеристика источника электрического поля, которым являются свободные заряды.

Вектор D от свойств среды не зависит, следовательно, он описывает электростатическое поле, созданное свободными зарядами, но при таком их расположении, которое устанавливается при наличии диэлектрика.

Поток вектора смещения электростатического поля в диэлектрике через произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме свободных зарядов внутри этой поверхности.

Основное уравнение электростатики в веществе

Если сила тока и его направление не изменяются с течением времени, то электрический ток называется постоянным.

[I ] = А = Кл/с

Направление вектора совпадает с направлением движения зарядов в данной точке.

Так как векторы и совпадают по направлению, то плотность тока проводимости



- скорость дрейфа.

где L = 2,47⋅10–8 Вт⋅Ом/К2 – постоянная Лоренца.

Взаимная связь электрической проводимости и теплопроводности объясняется тем, что оба эти свойства металлов, в основном, обусловлены движением свободных электронов.

Коэффициент теплопроводности увеличивается пропорционально средней скорости частиц, так как ускоряется перенос энергии.

Электропроводность, наоборот, падает, потому что соударения при большой скорости частиц значительно затрудняют перенос энергии.

Закон Видемана-Франца стал триумфом теории свободных электронов.

Интегрируя по времени в пределах от 0 до средней продолжительности свободного пробега τ, получим

Подставив это в выражение (*) для плотности тока, получим

Электродвижущая сила (ЭДС)

[E ] = Дж/Кл = В

Перемещая заряды, сторонние силы совершают работу
за счет энергии источника тока. В генераторах – это механическая энергия, в гальванических элементах – это энергия химических реакций на электродах.

[U ] = Дж/Кл = В

R12 – сопротивление участка 1-2 цепи;
U12 – напряжение на концах участка.

R12 = R + r – полное сопротивление участка 1-2 цепи;
R – внешнее сопротивление цепи;
r – внутреннее сопротивление источника тока.

l – длина проводника; S – площадь его поперечного сечения;
– удельное электрическое сопротивление, зависящее от материала и температуры:




ρо – удельное сопротивление при t = 0 °С;
α - температурный коэффициент сопротивления материала.

За конечное время t работа тока





Если постоянный электрический ток течет в цепи, состоящей из неподвижных проводников, то эта работа тока целиком расходуется на нагревание проводника: Q = A12.

Мощность тока