Постоянное электрическое поле в вакууме.

· Электрические свойства тел.

электрон «-», протон «+», нейтрон «0»

Если втеле избыток частиц одного знака , тело оказывается заряженным.

Всякий заряд q образуется совокупностью элементарных зарядов.

Величина заряда не зависит от того, движется ли заряд или покоится.

· Закон сохранения электрического заряда:

суммарный заряд электрически изолированной системы не может изменятся. Система называется эл. изолированной, если через ограничивающую её поверхность не могут проникать заряженные частицы. Точечным зарядом называется заряженное тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстояниями от этого тела до других тел, несущих эл.заряд.

Закон Кулона: сила взаимодействия двух неподвижных, точечных зарядов пропорциональна величине каждого из зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

где k – коэффициент пропорциональности, е₁₂ – единичный вектор имеющий направление от заряда q₁ к заряду q₂

· Электрическое поле.

Взаимодействие между покоящимися зарядами осуществляется через электрическое поле. Поле проявляет себя в том, что помещённый в какую либо его точку эл. заряд оказывается под действием силы.

· Концепция дальнодействия и близкодействия.

В теории дальнодействия принимается, что электрические явления определяются мгновенным взаимодействием зарядов на любых расстояниях. В теории близкодействия все электрические явления определяются изменениями полей зарядов, причём эти изменения распостраняются в пространстве с конечной скоростью.

· Напряженность.

Величина характеризующая эл.поле называется напряжённостью эл.поля. в данной точке.

на всякий точечный заряд q в точке поля с напряженностью Е будет действовать сила F= q E.

· Принцип суперпозиции.

Напряжённость поля системы зарядов равна векторной сумме напряжённостей полей, которые создавал бы каждый из зарядов системы в отдельности.

· Теорема Гаусса , и ее применение к расчету полей заряженной плоскости, цилиндра, шара.

Поток вектора напряжённости электростатического поля в вакууме сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгеброической сумме заключенных внутри этой поверхности зарядов делённой на e₀ .

· Потенциальность постоянного электрического поля.

Работа силы F на элементарном перемещении dl равна

Работа при перемещении Q₀ из точки 1 в точку 2.

не зависит от траектории перемещения. Следовательно эл.стат. поле точечного заряда является потенциальным, а эл.стат. силы консервативными.

· Циркуляция вектора напряженности.

Работа по перемещению заряда по замкнутому контуру равна 0.

· Потенциал поля.

Потенциальная энергия заряда Q₀ в поле заряда Q на расстоянии r

Если поле создано системой точечных зарядов то энергия заряда Q₀ равна сумме его потенциальных энергий создаваемых каждым зарядом в отдельности.

Потенциал в какой либо точке эл.стат. поля есть физическая величина, определяемая потенциальной энергией положительного заряда, помещённого в эту точку.

Разность потенциалов двух точек равна работе при перемещении единичного положительного заряда из точки 1 в точку 2.

· Связь напряженности и потенциала.

Работа по перемещению единичного положительного заряда вдоль оси Х равна повторив это для осей y,z получим

Эквипотенциальная поверхность – поверхность во всех точках которой потенциал имеет одно и тоже значение.

· Диполь.

Диполем называется система двух одинаковых по величине разноимённых точечных зарядов, расстояние между которыми значительно меньше расстояния до тех точек в которых определяется поле системы.

· Напряженность и потенциал электрического поля диполя.

· Свободные и связанные заряды.

Нескомпенсированные заряды появляющиеся в результате поляризации диэлектрика называются связанными.

· Полярные и неполярные молекулы.

Молекулы которые в отсутствие внешнего поля не имеют дипольного момента называются неполярными, молекулы обладающие дипольным моментом в отсутствие внешнего поля называют полярными.

· Электронная поляризация.

Поляризацией диэлектрика называется процесс ориентации диполей или появления под действием поля ориентированных по полю диполей. Электронная поляризация диэлектрика с неполярными молекулами заключается в возникновении у атомов индуцированного дипольного момента за счет деформации электронных орбит.

· Ориентационная поляризация.

диэлектрика с полярными молекулами заключается в ориентации имеющихся дипольных моментов молекул по полю.

· Вектор поляризации (поляризованность).

Поляризованность определяется как дипольный момент единицы объёма диэлектрика. где c-диэлектрическая восприимчивость.

· Диэлектрическая проницаемость среды.

показыват во сколько раз поле ослабляется диэлектриком. (e=1+c) Зависимость диэлектрической проницаемости от температуры

При возрастании температуры объем диэлектрика возрастает, и диэлектрическая проницаемость уменьшается. Особенно заметно уменьшение д.п. при плавлении и испарении диэлектриков, когда их объем существенно возрастает.

В неполярных диэлектриках диэлектрическая проницаемость практически не зависит от частоты внешнего поля. Это связано с тем, что частота вращения электронов на орбитах велика примерно 1015 -1016 Гц.

· Вектор электрической индукции (электрическое смещение).

Вектор напряжённости переходя через границу диэлектриков, претерпевает скачкообразное изменение, поэтому поле характеризуют вектором эл. смещения D=e₀eE=e₀E+P. Вектор D характеризует поле создаваемое свободными зарядами при таком их распределении в пространстве, какое имеется при наличии диэлектрика.

· Теорема Гаусса для электрической индукции.

Поток вектора смещения эл.стат. поля в диэлектрике сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгеброической сумме заключённых внутри этой поверхности свободных эл. зарядов.

· Условия на границе раздела двух диэлектрических сред.

При переходе через границу раздела двух эл. сред тангенциальная состовляющая вектора Е и нормальная состовляющая вектора D изменяются непрерывно ( не претерпевают скачка ), а нормальная состовляющая вектора Е и тангенциальная D претерпевают скачок.

· Сегнетоэлектрики.

Сегнетоэлектрики- диэлектрики, обладающие в определённом интервале температур спонтанной (самопроизвольной) поляризованностью. Для каждого сегнетоэлектрика имеется температура выше которой его необычные свойства пропадают. (точка Кюри).

· Проводники в электрическом поле.

Напряжённость поля во всех точках внутри проводника равна 0. Поверхность проводника в эл.стат. поле является эквипотенциальной. Напряжённость у поверхности проводника определяется поверхностной плотностью зарядов. . Если в эл.стат. поле внести нейтральный проводник свободные заряды будут перемещатся «+» по полю «-» против поля. На одном конце проводника будут скапливатся избыток «+» зарядов на другом «-» . Эти заряды называются индуцированными. Явление перераспределения зарядов называется эл.стат. индукцией.

· Электроемкость уединенного проводника.

Емкость уединённого проводника определяется зарядом сообщение которого проводнику изменяет его потенциал на единицу. С=Q/j.

для шара радиусом R

· Конденсаторы.

Конденсаторы устройства способные накапливать значительные по величине заряды. Емкость конденсатора – физическая величина равная отношению заряда Q накопленного в конденсаторе к разности потенциалов между его обкладками. C=Q/(j₁-j₂). для плоского кон-ра.

У паралельно соединённых кон-ров разность потенциалов одинакова, у последовательно соединённых кон-ров заряды всех обкладок равны по модулю.

· Энергия заряженного уединенного проводника, конденсатора и системы проводников.

Для увеличения заряда проводника на dQ надо совершить работу dA = j dQ=C j dj, чтобы зарядить тело от нулевого потенциала до j необходимо совершить работу

Энергия заряженного проводника равна той работе. которую необходимо совершить чтобы зарядить этот проводник. W=Cj²/2=Qj/2=Q²/(2C)

· Энергия электрического поля.

· Объемная плотность энергии.

· Постоянный электрический ток, его характеристики и условия существования.

Электрическим током называется любое упорядоченное движение эл. зарядов. Для возникновения и существования эл. тока необходимо наличие свободных носителей тока, и наличие эл. поля энергия которого каким – то образом восполняясь расходовалась бы на их упорядоченное движение. Сила тока определяется количеством заряда проходящим через поперечное сечение проводника за единицу времени. I=dQ/dt. Плотность тока физическая величина определяемая силой тока проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника.

· Разность потенциалов, электродвижущая сила, напряжение.

Силы не эл. стат. происхождения действующие на заряды со стороны источников тока, называются сторонними силами. Физическая величина определяемая работой совершаемой сторонними силами при перемещении единичного «+» заряда называется электродвижущей силой. Е=A/Q₀ Напряжением называется физическая величина определяемая работой, совершаемой суммарным полем эл.стат. и сторонних сил при перемещении единичного «+» заряда. U₁₂=j₁-j₂+E₁₂

· Закон Ома.

Сила тока прямо пропорциональна напряжению на концах проводника и обратно пропорциональна сопротивлению. I=U/R. R=rl/S

· Работа, мощность и тепловое действие тока.

За время dt через сечение проводника переносится заряд dq=Idt Работа тока dA=Udq=IUdt. Мощность тока

· Закон Джоуля-Ленца.

Если ток идёт по неподвижному проводнику, то вся работа идёт на нагревание и по закону сохранения энергии dQ=dA.

· Сверхпроводимость.

При очень низких температурах называемых критическими, характерных для каждого вещества, сопротивление скачкообразно уменьшается до нуля, т.е. металл становится абсолютным проводником . Это явление называют сверхпроводимостью.

· Классическая теория электропроводности металлов.

Носителями тока в металлах являются электроны. Свободные электроны образуются следующим образом при образовании кристалической решётки металла валентные электронысравнительно слабо связанные с атомными ядрами отрываются от атомов металла, становясь свободными.

средняя скорость теплового движения электронов

· Вывод законов Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.

Подставив выражение для сопротивления в закон Ома получим

За время dt в объёме dV=dSdl выделится теплота

· Электрическое поле внутри диэлектрика

Чтобы понять, почему поле внутри диэлектрика меньше, чем в вакууме, нужно учесть, что все тела построены из атомов и молекул. Атомы и молекулы в свою очередь состоят из положительных и отрицательных зарядов (атомных ядер и электронов), так что всякий диэлектрик представляет собой собрание большого числа заряженных частиц. В молекулах эти положительные и отрицательные заряды нередко расположены так, что одна половина молекулы имеет по преимуществу положительный заряд, а другая — отрицательный. Такая молекула, грубо говоря, имеет вид палочки или стрелки с противоположно заряженными концами (рис. 65). Такие молекулы часто называют диполями (двухполюсниками, от греческого слова «ди» — два). Положительный и отрицательный заряды в каждой молекуле одинаковы, и поэтому любая молекула в целом не заряжена. Однако при помещении дипольных молекул в электрическое поле на каждую молекулу будут действовать силы, стремящиеся установить ее по направлению линий поля.

· Основные характеристики электрического поля в диэлектриках и отклика диэлектрика на воздействие электрического поля: электрическая индукция, поляризация, диэлектрическая восприимчивость и проницаемость.

Вектор электрической индукции (электрическое смещение):

e- относительная диэлектрическая проницаемость среды. (e=1+c)

· Электрическая индукция Электри́ческая инду́кция (электри́ческое смеще́ние) — векторная величина, равная сумме вектора напряжённости электрического поля и вектора поляризации.

В СИ: .

Поляризация диэлектриков, 1) смещение положительных и отрицательных электрических зарядов в диэлектриках в противоположные стороны. П. д. происходит под действием электрического поля или некоторых др. внешних факторов, например механических напряжений в пьезоэлектриках (см. Пьезоэлектричество). Возможна и спонтанная (самопроизвольная) П. д. у пироэлектриков, в частности у сегнетоэлектриков.