Горячая линия бесплатной юридической помощи:
Москва и область:
Москва И МО:
+7(499)938-71-58 (бесплатно)
Регионы (вся Россия, добавочный обязательно):
8 (800) 350-84-13 (доб. 215, бесплатно)

Электрический заряд элементарный заряд закон сохранения электрического заряда

Принцип суперпозиции

,
,

т.е. потенциал
поля, создаваемого системой точечных
зарядов, равен алгебраической
сумме
потенциалов, создаваемых каждым зарядом
в отдельности.

, (4)

т.е.
работа, совершаемая электрическими
силами при перемещении заряда между
двумя точками поля, равна произведению
этого заряда на разность потенциалов
в начальной и конечной точках пути.

Следствия:

  1. работа перемещения
    заряда по замкнутому контуру равна
    нулю
    ;

  2. работа положительна,
    если заряд q
    перемещается в направлении убывания
    потенциала
    .

!Существует два полюса магнитов — северный (n) и южный (s).

Отделить
северный магнитный полюс от южного,
т.е. получить изолированный магнитный
полюс никому не удавалось.

Разноименные
полюсы магнитов притягиваются,
а одноименные —
отталкиваются.

Взаимодействие
магнитов напоминает взаимодействие
наэлектризованных тел, но магнит не
нуждается в таких предварительных
операциях, как трение, для того, чтобы
взаимодействовать; эта способность его
не исчезает с течением времени, как у
наэлек­тризованных тел. На протяжении
многих веков взаимодействие
магнитов и взаимодействие наэлектризованных
тел путали, лишь Гильберту в конце XVI в.

удалось доказать, что это не одно и то
же. Как и в случае электрического
взаимодействия, научного исследования
магнитных свойств очень длительное
время не велось. Начиная с работ
английского ученого и врача Гильберта,
исследование магнитов было поставлено
на строгую научную основу. В сочинении
под названием «О магните, магнитных
телах и о большом магните —
Земле», опубликованным в 1600 г.

Электрический заряд элементарный заряд закон сохранения электрического заряда

, Уильям
Гильберт (1540-1603 гг.)
изложил свои соображения о неделимости
полюсов магнитов; он догадался, что
земной
шар является
гигантским
магнитом,
и поэтому магнитная стрелка компаса
поворачивается определенным образом.
Гильберт смог изготовить шаровой магнит
и тем самым показал, что свойства
шарового
магнита подобны
свойствам Земли.
Это было экспериментальное подтверждение
догадки ученого.

Количественное
взаимодействиемагнитов
пытался изучать Кулон. Он использовал
тот же метод, что и при изучении
взаимодействия неподвижных электрических
зарядов. Для выведения закономерности
Кулон ввел понятие
магнитного заряда.
Ему
удалось найти закон
взаимодействия полюсов длинных магнитов
(именно
их он рассматривал как места сосредоточения
магнитных зарядов — аналогов зарядов
электрических).

Закон этот оказался
таким же, как и закон взаимодействия
электрических зарядов. Невозможность
разделить северный и южный полюса
магнита Кулон объяснял неспособностью
магнитных зарядов противоположного
знака внутри молекул вещества свободно
передвигаться
из одной молекулы в другую,
в чем, конечно же, ошибался.

Разгадали
природу магнетизма после того, как
научились создавать
электрический ток —
поток движущихся электрических
зарядов —
значительной силы, длящийся достаточно
долго.

Предлагаем ознакомиться:  Проблема сбора и вывоза мусора в частном секторе

Графическое изображение электрических полей. Эквипотенциальные поверхности

Эквипотенциальной
поверхностью называется
геометрическое место точек с одинаковым
потенциалом (=const).

Свойства
эквипотенциальных поверхностей

  • работа, совершаемая
    по перемещению заряда вдоль этой
    поверхности, равна нулю;

  • кулоновская сила
    направлена перпен­дику­лярно этой
    поверхности;

  • эквипотенциальные
    поверхности не пере­сека­ются;

  • густота линий
    равного потенциала (число линий,
    проходящих через единицу площади)
    про­пор­­ци­о­нальна градиенту
    напряженности электри­ческого поля;

Основной задачей
электростатики является задача о
нахождении напряженности
и потенциала
электрического поля в каждой точке
пространства.

1.6. Электродинамические явления

Учение
о магнетизме развивалось медленно.
Долгое время считалось, что между
электрическими и магнитными явлениями
никакой связи не существует. Поэтому
когда в 1802 г. итальянский физикДжованни
Романъози (1761-1835 гг.)
заметил, что находящаяся вблизи
проводника, по которому течет ток,
магнитная стрелка изменяет
свое положение, он совершенно не оценил
значения своего наблюдения.

Вторично
это явление было открыто в 1820 г.
датским физиком Гансом
Христианом Эрстедом (1777-1851 гг.).
Соединив длинным проводом полюсы
гальванической батареи, Эрстед протянул
провод горизонтально к параллельно
подвешенной свободно магнитной стрелке.
Как только был включен ток, стрелка
немедленно
отклонялась,
стремясь стать
перпендикулярно
к направлению
провода. При
изменении направления тока стрелка
отклонялась в другую сторону.

Открытие
взаимодействия между током и магнитом
было важным шагом на пути утверждения
идеи
единства сил природы.

Магнетизм
и электричество обнаружили глубокую
взаимосвязь, и это было доказано прямым
опытом.Магнитная
стрелка взаимодействовала
лишь
с движущимися
зарядами,
то есть когда по проводнику протекал
электрический ток. Когда по проводнику
не протекал электрический ток,
взаимодействие магнитной стрелки с
покоящимися зарядами не обнаруживалось.

Работа
Эрстеда о поставленном эксперименте и
выводах из него была написана на четырех
страницах на латинском языке и разослана
в различные страны. Сообщение Эрстеда
поразило его современников. Французский
физик Франсуа
Араго (1786-1853
гг.),ознакомившись
с работой Эрстеда, выступил на заседании
Парижской Академии наук.

Разность потенциалов

Приравнивая правые
части уравнений (10, 11), получаем

,
(7)

,
(8)

Пример.
Для однородного поля плоского конденсатора
(Е =
const)

,

,

.

Единицы измерения

(Вольт);

Итак, электрическое
поле, являясь полем потенциальным, имеет
две характеристики – векторную
или
силовую,
искалярную
или
энергетическую.

Электрический заряд элементарный заряд закон сохранения электрического заряда

Разностью
потенциалов1

2
на
участке цепи называется работа,
совершаемая кулоновскими силами при
перемещении положительного заряда.

Теорема Гаусса

Потоком
(ФЕ)
вектора
электрического поля через плоскую
поверхность площадиназываетсяскалярная
физическая величина, характеризующая
интенсивность поля в данном месте
пространства и численно равная количеству
силовых линий, пронизывающих данную
площадку в направлении нормали к ней.

Поток ФЕ,
создаваемый
единичным положительным зарядом

площадь шара
,
напряженность поля точечного заряда

Предлагаем ознакомиться:  Куда пожаловаться на действия ГИБДД

,

В общем случае:.(3)

Поток
вектора напряженности электростатического
поля через произвольную замкнутую
поверхность равен алгебраической сумме
зарядов, заключенных внутри этой
поверхности, деленной на 0.

Проводником
называется среда, в которой имеется
достаточное число свободных электрических
зарядов. Например, в металлах в 1 см3
содержится около 1023
свободных электронов.

Совокупность
свободных электронов в металле называют
электронным
газом. Если
проводник поместить в электрическое
поле, то свободные электроны перемещаются
внутри него под действием поля против
силовых линий, в результате под действием
внешнего электри­чес­кого поля на
поверхности пластины появятся
индуцированные
заряды с поверхностны­ми плотностями
и.
Электрическое поле индуцированных
зарядов компенсирует внешнее электрическое
поле, т.е.

,
т.к.

, то

Электрический заряд элементарный заряд закон сохранения электрического заряда


, (4)

т.е. электростатическое
поле внутри проводника отсутствует,
а
потенциал проводника является постоянным
(проводник
эквипотенциален).

У криволинейной
поверхности проводника силовая линия
напряженности электростатического
поля должна быть направлена по нормали
к этой поверхности, иначе под действием
тангенциальной составляющей поля
заряды перемещались бы по проводнику,
что противоречит условию (4).

В
заряженном проводнике избыточный заряд
располагается только на поверхности,
т.к. согласно теореме Гаусса для замкнутой
области S
внутри проводника заряд отсутствует.

.
(5)

Электроемкость заряженного проводника. Конденсаторы

Электроемкостьюзаряженного
проводника называется скалярная
физическая величина С,
характеризующая способность проводника
накапливать заряды и численно равная
заряду, изменяющему потенциал проводника
на один Вольт.

, 1 Фарад
= 1 Кулон / 1 Вольт . (3)

Так как заряды в
проводнике располагаются только на
поверхности, то электроемкость не
зависит от материала проводника, его
агрегатного состояния, но зависит от
формы и размеров.

Фарад – большая
единица. Например, используя потенциал
проводящей поверхностно заряженной
сферы и формулу (3), получим

что в 1400 раз
больше радиуса Земли. Электроемкость
Земли — 711 мкФ.

1 мФ = 10-3Ф;
1 мкФ = 10-6Ф;
1 нФ = 10-9Ф;
1 пФ = 10-12Ф.

Конденсаторомназывается
система из двух изолированных друг от
друга проводников. Эти проводники обычно
называют пластинами, хотя они могут
иметь любую форму. Емкостью
конденсатора
называется величина:.

Плоский конденсатор

Последовательное соединение конденсаторов

. (5)

Ёмкость
группы параллельно соединенных
конденсаторов равна сумме емкостей
отдельных конденсаторов. При
С1
= С2
= С3
= 1 С0
= 3.

При С1
= С2
= С3
= 1 С0
= 1/3, т.е.
ёмкость
группы последовательно соединенных
конденсаторов всегда меньше емкости
каждого из этих конденсаторов в
отдельности.

Электрическим
током называется любое упорядоченное
движение заряженных частиц, например,
электронов в металлах.

Электрический заряд элементарный заряд закон сохранения электрического заряда

За направление
тока принято считать движение положительных
зарядов. В металле положительные заряды,
являющиеся ядрами атомов, связаны в
кристаллической решетке и перемещаться
не могут. Внешние (валентные) электроны
не связаны с определенными атомами и
могут свободно перемещаться по проводнику.
Эти электроны называются свободными
или электронами
проводимости.

Для существования
тока необходимо два условия:

  1. наличие
    свободных носителей заряда
    ;

  2. наличие
    электрического поля
    .

Различают два вида
тока

  1. ток проводимости;

  2. конвекционный
    ток
    .

Силой
токаIназывается
скалярная физическая величина,
характеризующая перенос зарядов по
проводнику и численно равная заряду,
переносимому через поперечное сечение
проводника в единицу времени.

Предлагаем ознакомиться:  Можно ли пойти на больничный во время отпуска без содержания{q} Оплачивается ли больничный лист во время отпуска без содержания{q}

, при I
= const
(постоянный ток) .
(1)

Электрический заряд элементарный заряд закон сохранения электрического заряда

1 Ампер
— это сила тока, который при прохождении
по двум параллельным прямолинейным
проводникам бесконечной длины и малой
площади сечения, расположенными в
вакууме на расстоянии 1 м друг от друга,
вызывает на участке проводника длиной
1 м силу взаимодействия 2107
Н.

Плотностью
тока
называется векторная
физическая величина, характеризующая
направление тока в проводнике и его
распределение по сечению проводника,
численно равная силе тока, приходящейся
на единицу площадки, ориентированной
перпендикулярно напра­вл­ению тока.

.
При

. (3)

— закон
Ома в дифференциальной форме .
(4)

 — удельная
электропроводность; 
— удельное электросопротивление.

Плотность
тока j
в каждой точке внутри проводника равна
произведению удельной электропроводности
проводника на напряженность электрического
поля в этой точке.

— закон
Джоуля — Ленца в дифференциальной форме
. (5)

Удельная
тепловая мощность тока в проводнике
равна произведению его удельной
электропроводности на напряженность
электрического поля в квадрате.

Напряжение

НапряжениемU
на участке цепи называется работа,
совершаемая кулоновскими и сторонними
силами при перемещении положительного
заряда.

,
[В] , (2)

Напряжение и
разность потенциалов совпадают при
отсутствии в цепи ЭДС.

Сопротивление

СопротивлениеR
отражает степень помех, которые испытывают
свободные электроны при своем движении
по проводнику под действием напряжения.
Для проводника с удельным сопротивлением
,
длиной l
и площадью поперечного сечения S

[Ом]. (3)

Наименьшим удельным
сопротивлением обладают серебро (Омм),
медь (Омм)
и алюминий (Омм).

, (4)

где
— удельное сопротивление при 00С,
а
— постоянная для данного вещества
величина, называемаятемпературным
коэффициентом сопротивления.
Изменение сопротивления при изменении
температуры может быть весьма значительным.
Так у лампы накаливания при прохождении
по ней тока и нагреве ее спирали
сопротивление последней увеличивается
более чем в 10 раз.

  1. Законы постоянного тока для участков цепи. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа и их физическое содержание Закон Ома

Электрический заряд элементарный заряд закон сохранения электрического заряда

Однороднымназывается участок цепи,
не содержащий источника тока.

, (1)

Сила
тока в проводнике пропорциональна
напряжению на концах проводника и
обратно пропорциональна сопротивлению
проводника.

Неоднородныйучасток цепи со­дер­жит
помимо внешнего сопротив­ле­ния R
ЭДС с внутренним сопротивлением r.

. (2)

Сила
тока в проводнике прямо пропорциональна
алгебраической сумме ЭДС и напряжения
на концах проводника и обратно
пропорциональна полному сопротивлению
проводника.

Замкнутый
участок цепи

Сила
тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна
ЭДС, действующей в этой цепи, и обратно
пропорциональна сумме внешнего и
внутреннего сопротивлений.

,
при разомкнутой цепи

(I= 0)
.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Юридическая помощь
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock detector