Что характерно для электростатического поля

3 Электростатическое поле и его свойства

Электростатическое поле — поле, созданное неподвижными в пространстве и неизменными во времени электрическими зарядами (при отсутствии электрических токов).

Напряжённость электри́ческого по́ля — векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы действующей на неподвижный[1] пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда q.

Электростатический потенциа́л — скалярная энергетическая характеристика электростатического поля, характеризующая потенциальную энергию поля, которой обладает единичный заряд, помещённый в данную точку поля. Единицей измерения потенциала является, таким образом, единица измерения работы, деленная на единицу измерения заряда.

Если в пространстве имеется система заряженных тел, то в каждой точке этого пространства существует силовое электрическое поле. Оно определяется через силу, действующую на пробный заряд, помещённый в это поле. Пробный заряд должен быть малым, чтобы не повлиять на характеристику электростатического поля.

• Всегда незамкнуты: начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах

• Густота линий тем больше, чем больше напряженность, то есть напряженность поля прямо пропорциональна количеству силовых линий, проходящих через единицу площади поверхности

4 Напряжённость электрического поля

Электрическое поле неподвижных и не меняющихся со временем зарядов называется электростатическим. Во многих случаях для краткости это поле обозначают общим термином – электрическое поле

Если с помощью пробного заряда исследуется электрическое поле, создаваемое несколькими заряженными телами, то результирующая сила оказывается равной геометрической сумме сил, действующих на пробный заряд со стороны каждого заряженного тела в отдельности. Следовательно, напряженность электрического поля, создаваемого системой зарядов в данной точке пространства, равна векторной сумме напряженностей электрических полей, создаваемых в той же точке зарядами в отдельности

5 работа сил электростатического поля по перемещению заряда

Элементарная работа, совершаемая силой F при перемещении точечного электрического заряда из одной точки электростатического поля в другую на отрезке пути по определению равна

Тест Электромагнитное поле 9 класс

Тест Электромагнитное поле 9 класс с ответами. Тест включает 10 заданий.

1. В системе отсчета, относительно которой заряд неподвижен, существует

1) только электрическое поле
2) только магнитное поле
3) постоянные электрическое и магнитное поля
4) переменное электромагнитное поле

2. Вокруг покоящегося постоянного магнита существует

3. Заряженный шарик, подвешенный на тонкой шелковой нити, равномерно движется вместе с тележкой вдоль демонстрационного стола. В системе отсчета, связанной со столом, существует

4. Заряженный шарик, подвешенный на тонкой шелковой нити, равноускоренно движется вместе с тележкой вдоль демонстрационного стола. В системе отсчета, связанной со столом, существует

5. Кто создал теорию электромагнитного поля?

1) М. Фарадей
2) А. Вольта
3) Д. Максвелл
4) Н. Тесла

6. В теории электромагнитного поля

А: переменное электрическое поле порождает вихревое магнитное поле
Б: переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле

Какое(-ие) утверждение(-я) верно(-ы)?

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

7. Что характерно для вихревого электрического поля?

1) силовые линии замкнуты
2) порождается переменным магнитным полем
3) приводит к возникновению переменного магнитного поля
4) все перечисленное в пунктах 1, 2 и 3

8. Что характерно для электростатического поля?

1) силовые линии начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных
2) возникает вокруг неподвижных зарядов
3) обнаруживается по действию на неподвижные заряды
4) все перечисленное в пунктах 1, 2 и 3

9. Что можно сказать о силовых линиях вихревого электрического и магнитного полей?

1) силовые линии этих полей замкнуты
2) силовые линии этих полей разомкнуты
3) у магнитного поля силовые линии замкнуты, а у вихревого электрического разомкнуты
4) у вихревого электрического поля силовые линии замкнуты, а у магнитного разомкнуты

10. Что можно сказать о силовых линиях вихревого электрического и электростатического полей?

1) Силовые линии этих полей замкнуты
2) Силовые линии этих полей начинаются на положительных зарядах, а заканчиваются на отрицательных
3) У вихревого электрического поля силовые линии замкнуты; а у электростатического начинаются на положительных зарядах, а заканчиваются на отрицательных
4) Силовые линии этих полей начинаются на отрицательных зарядах, а заканчиваются на положительных

Ответы на тест Электромагнитное поле 9 класс
1-1
2-2
3-3
4-4
5-3
6-3
7-4
8-4
9-1
10-3

Понятие электростатического поля.

Все тела в природе способны электризоваться, т.е. приобретать заряд. Наличие электрического заряда проявляется в том, что заряженные тела взаимодействуют друг с другом. Существует два типа электрических зарядов, условно названных отрицательными и положительными. Носителями отрицательного заряда являются в основном электроны; ядра атомов заряжены положительно. Полагают, что существование этих двух типов заряда является проявлением симметрии природы (как, например, левое и правое). Другим фундаментальным свойством заряда является его дискретность, его кратность, хоть и малой, но вполне определенной величине. В электрически изолированной системе общий заряд системы не изменяется (закон сохранения заряда). Поле, создаваемое электрическими зарядами и обнаруживающее себя воздействием на другие заряды называется электрическим полем. Если заряды неподвижны и поле не изменяется, то поле называется электростатическим.

Взаимодействие зарядов описывается законом Кулона. Если расстояние между заряженными телами много больше размеров тел, заряды можно считать точечными.

Закон Кулона. Сила взаимодействия точечных неподвижных зарядов в вакууме прямо пропорциональна величине зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Для одноименных зарядов (рис. 16.1)

	где — коэффициент пропорциональности, — электрическая постоянная ( Ф/м);
Рис. 16.1

, — величины электрических зарядов; – расстояние между зарядами; – единичный вектор; – сила, действующая на заряд со стороны заряда . Знак «-» обусловлен тем, что сила направлена противоположно вектору .

Пример использования закона Кулона.

Задача. Найти силу взаимодействия заряженного стержня с зарядом и длиной с точечным зарядом , находящимся на расстоянии от края стержня на одной прямой с ним. Дано: . Найти:
Рис. 16.2

Решение. Разобьем стержень (рис. 16.2) на дифференциально малые элементы длиной с зарядом , которые мы можем считать точечными. Сила взаимодействия заряда с по закону Кулона . Представим как заряд, приходящийся на единицу длины , умноженный на длину элемента , т.е. , тогда . Интегрируя по длине стержня, получим .

Заметим, что при , т.е. стержень уже можно считать точечным зарядом.

Напряженность электрического поля – это его силовая характеристика, векторная величина, определяемая отношением силы, действующей на заряд в данной точке поля, к величине заряда.

Размерность .

Концепция дальнодействия заключается в том, что при изменении положения одного заряда относительно другого заряда сила взаимодействия изменяется мгновенно.

Концепция близкодействия. При изменении положения одного заряда относительно другого сила взаимодействия изменяется с конечной скоростью (в вакууме – со скоростью света). Взаимодействие осуществляется при помощи посредника – электрического поля, создаваемого зарядами. Это концепция современной физики. Она пришла на смену концепции дальнодействия.

Принцип суперпозиции электрических полей. Как следует из опыта, сила, действующая на некоторый заряд со стороны системы зарядов, равна векторной сумме сил, с которыми каждый из зарядов системы действует на данный заряд . Поделив последнее выражение на величину заряда, получим: .

Из определения напряженности следует

Принцип суперпозиции электрических полей: напряженность поля, создаваемого системой зарядов в некоторой точке, равна векторной сумме напряженностей, создаваемых в отдельности каждым зарядом системы в данной точке.

Напряженность электрического поля, создаваемого точечным неподвижным зарядом в некоторой точке на расстоянии от него, можно получить с помощью закона Кулона:

Силовые линии. Для наглядности электрические поля изображают с помощью силовых линий, т.е. воображаемых линий, в каждой точке которых напряженность направлена по касательной. На рисунке 16.3 изображены картины силовых линий для некоторых случаев:


а)	б)	в)	г)
Рис. 16.3

а) и б) – одиночные заряды разных знаков,

в) система двух разноименных зарядов,

г) система двух одноименных зарядов.

2. Поток напряженности электрического поля. Потоком напряженности электрического поля через некоторую площадку (рис.16.4) называется скалярное произведение вектора на вектор

Вектор

по модулю равен

(

), направлен по нормали

к площадке

и называется вектором элементарной площадки (

). По правилу скалярного произведения

. Полный поток через произвольную поверхность конечных размеров

находится интегрированием по поверхности:

Рис. 16.4

Теорема Гаусса (Карл Гаусс – великий немецкий математик, 1777 – 1855 гг.). Постановка задачи: имеется система точечных зарядов, которые заключены в замкнутую поверхность произвольной формы . Требуется найти поток напряженности через эту поверхность.

Сначала рассмотрим случай, когда внутри поверхности находится один заряд (рис.16.5). Найдем элементарный поток

. Напряженность поля точечного заряда в некоторой точке

на поверхности

. Из рисунка видно, что

, где

— элементарная площадка, расположенная перпендикулярно радиус-вектору, проведенному из точки расположения заряда

в точку

Рис. 16.5

Тогда элементарный поток напряженности .

Отношение — элементарный телесный (пространственный) угол.

Найдем полный поток напряженности через поверхность , когда внутри нее один точечный заряд: . Обобщим этот результат на случай произвольного числа зарядов внутри поверхности (рис.16.6).

Воспользуемся принципом суперпозиции , тогда, используя то, что интеграл суммы равен сумме интегралов, получим

. Таким образом,
Рис. 16.6

Теорема Гаусса.Поток вектора напряженности электрического поля через замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов, охватываемых этой поверхностью, деленной на электрическую постоянную.

«Алгебраическая сумма» означает, что каждый заряд берется со своим знаком («+» или «-»).

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ (синоним статическое электрическое поле) — электрическое поле неподвижных (статических) электрических зарядов. Электростатическое поле представляет собой особую форму электрического поля, которое в общем случае является составляющей электромагнитного поля (см.). Электростатическое поле, возникающее в результате скопления электрических зарядов на поверхности тела человека, обладает неспецифическим действием на организм. В основе этого действия, как полагают, лежит нейрорефлекторный механизм (см. Статическое электричество), однако определенного заболевания электростатическое поле у человека не вызывает.

Силовой характеристикой электростатического поля, как и электрического поля, является напряженность (Е) — векторная величина, численное значение к-рой равно отношению силы (F), действующей в данной точке поля на точечный положительный заряд, к величине (q) этого заряда : Е = F/q.

Направление напряженности электростатического поля совпадает с направлением этой силы. Как и электрическое поле, элекстростатическое поле условно представляется силовыми линиями, направление касательных к которым совпадает с направлением вектора напряженности электростатического поля в тех же точках поля. Силовые линии электростатического поля ориентированы от положительного заряда к отрицательному, их конфигурация зависит от формы поверхностей, на которых расположены заряды.

Энергетической характеристикой электростатического поля является потенциал φ, который в каждой данной точке поля равен отношению потенциальной энергии (П) взаимодействия заряда с электростатического поля к величине этого заряда: φ = П/q.

Практическое значение имеет разность потенциалов, или напряжение (U), между двумя точками поля: U = φ₁ — φ₂ равная отношению работы (А), совершаемой силами поля при перемещении точечного положительного заряда из одной точки электростатического поля в другую, к величине этого заряда: U = A/q. Значения потенциалов φ в различных точках электростатического поля можно представить в виде поверхностей одинакового потенциала (эквипотенциальные поверхности). Эквипотенциальные поверхности и силовые линии в каждой точке электростатического поля взаимно перпендикулярны.

Напряженность электростатического поля (Е) и его напряжение (U) связаны между собой отношением E=U/L , где L — расстояние вдоль силовой линии между точками электростатического поля, разность потенциалов между которыми равна U. Это отношение используется на практике для косвенного измерения напряженности электрического и электростатического полей. Единицей измерения является вольт на метр (в/м). Для однородного электростатического поля плоского конденсатора Е = U/d, где U — напряжение, приложенное к пластинам конденсатора, а d — расстояние между ними.

В помещенном в электростатическом поле диэлектрике (веществе, плохо проводящем электрический ток) происходит смещение зарядов в пределах атома вещества (см. Атом) или его молекулы (см.) либо так наз. поляризация, в результате которой на поверхности диэлектрика появляются связанные заряды и соответствующее им обратное поле, ослабляющее внешнее электростатическое поле (см. Поляризация). Способность любого диэлектрика к поляризации характеризуется его диэлектрической проницаемостью (см.).

В проводнике, находящемся в электростатическом поле, происходит перемещение свободных зарядов до тех пор, пока напряженность результирующего электростатического поля внутри проводника не станет равной нулю. В пространстве, ограниченном металлической сеткой, электростатическое поле отсутствует, что используют для как называемой электростатической защиты: при определенных обследованиях снятие электроэнцефалограммы и пр.), экспериментах или измерениях людей, животных и приборы помещают внутрь металлического проводника (сетки), который заземляют.

Человек постоянно находится под воздействием электростатического поля. Это вызвано естественными факторами (полный статический заряд Земли, составляющий 5,7*10^5 к, обусловливает вблизи поверхности Земли электростатического поля напряженностью около 130 в/м), производственными и бытовыми факторами (см. Статическое электричество), а также может быть вызвано некоторыми лечебными процедурами (см. Франклинизация).

Под действием электростатического поля происходит поляризация биологических структур, обладающих диэлектрическими свойствами, и некоторое перемещение ионов. Так как ткани человека в основном обладают выраженными электропроводящими свойствами, то внешнее электростатическое поле внутрь органов почти не проникает (см. Электропроводность биологических систем). Основное действие на человека внешнее электростатическое поле оказывает в связи с электрическими разрядами в окружающем воздухе и образованием аэроионов (см. Аэроионизация).

Библиогр.: Физические факторы в комплексном лечении я профилактике внутренних и нервных болезней, под ред. А. Н. Обросова, М., 1971.