Где и как распределяются заряды в проводнике?

Содержание

  • 1 1. Поле внутри проводника
  • 2 2. Распределение заряда в проводнике
  • 3 3. Поле снаружи проводника вблизи его поверхности
  • 4 4. Распределение потенциала в проводнике
  • 5 5. Полость внутри проводника

«Хочу сообщить вам новый и страшный опыт, который никак не советую повторять… Вдруг моя правая рука была поражена с такой силой, что все тело содрогнулось, как от удара молнии. …Одним словом, я думал, что пришел конец … Ради французской короны я не согласился бы еще раз подвергнуться столь жуткому сотрясению…» Это слова из воспоминаний лейденского профессора Мушенбрека, приведенные в книге В. Карцева «Приключения великих уравнений». Мушенбрек в 1745 году ставил опыты по электричеству и получил простейший конденсатор, названный впоследствии лейденской банкой. Во время опытов профессор и подвергся «столь жуткому сотрясению» в результате разряда конденсатора через человеческое тело, являющееся, как известно, проводником.

Тот факт, что в природе существуют проводники, обогащает окружающий нас мир разнообразными электрическими явлениями, среди которых есть и далеко небезопасные

Проводники занимают важное место при изучении электромагнетизма

Рассмотрим подробно случай, когда заряженный неподвижный проводник находится во внешнем электростатическом поле (созданном посторонними неподвижными зарядами). В проводнике рано или поздно все заряды перестанут перемещаться, и наступит равновесие (так как в противном случае мы получили бы вечный двигатель в результате непрерывного выделения тепла при движении зарядов). Для такого заряженного и помещенного во внешнее электростатическое поле проводника будут справедливы утверждения, приведенные ниже.

Классификация проводников.

классические новые (ХХ век)
металлы электролиты плазма сверхпроводники полупроводники
электроны положительные иотрицательные ионы электроны,положительные иотрицательные ионы электронныекуперовскиепары электроны и дырки

Мы относим сверхпроводники и полупроводники к проводникам,
хотя это вопрос весьма спорный, так как они обладают особыми свойствами. Однако
общим свойством для всех проводников является то, что в них имеются свободные
носители заряда, поэтому заряды, возникающие во внешнем электростатическом поле,
могут быть легко отделены друг от друга и перемещаться внутри проводника.

Распределение зарядов и форма тела

Как было замечено выше, распределение зарядов зависит от формы тела. Больше всего статического электричества собирается на выступах, особенно на острых концах (см. рис. 3, 4).

Где и как распределяются заряды в проводнике?
Рис. 3. Форма тела и распределение статического электричества

Где и как распределяются заряды в проводнике?
Рис. 4. Распределение статического электричества на кондукторе

Как видно из рисунка 4 плотность распределения зарядов на вогнутых поверхностях минимальна. Электростатическое поле сплошных и полых проводников не отличается, если их поверхности идентичны. Другими словами все токопроводящие тела с одинаковыми поверхностями обладают одинаковыми поверхностными плотностями.

На сферических поверхностях статическое электричество распределяется равномерно. Ёмкость конденсатора (сферического) вычисляют по формуле:

Емкость сферического конденсатора

где R1 и R2 – внешний и внутренний радиусы сферического конденсатора.

Распределение статического электричества на сфере иллюстрирует рисунок 5

Обратите внимание на то, что внутри сферического тела, как впрочем, и любого другого, заряды отсутствуют: вектор E=0, φ=const

Где и как распределяются заряды в проводнике?
Рис. 5. Распределение заряженных частиц на сфере

Вы, наверно, слышали о клетке Фарадея. Человек, находящийся в замкнутом пространстве из токопроводящего материала, то есть в клетке, не ощущает на себе влияния мощных разрядов. Статическое электричество стекает по поверхностям стенок клетки на землю, и не могут попасть внутрь клетки.

Электростатическая индукция в проводниках[ | ]

Перераспределение зарядов в хорошо проводящих металлах при действии внешнего электрического поля происходит до тех пор, пока заряды внутри тела практически полностью не скомпенсируют внешнее электрическое поле. При этом на противоположных сторонах проводящего тела появятся противоположные наведённые (индуцированные) заряды

Электростатической индукцией в проводниках пользуются при их заряжении. Так, если проводник заземлить и поднести к нему заряженное отрицательно тело, не касаясь им проводника, то некоторое количество отрицательных зарядов перетечёт в землю, заместившись взамен положительными. Если теперь убрать заземление, а затем и заряженное тело, проводник останется положительно заряженным. Если же сделать то же самое, не заземляя проводник, то после убирания заряженного тела индуцированные на проводнике заряды перераспределятся, и все его части вновь станут нейтральными.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. Лёгкий незаряженный шарик из металлической фольги подвешен на тонкой шёлковой нити. При поднесении к шарику стержня с положительным электрическим зарядом (без прикосновения) шарик

1) отталкивается от стержня 2) не испытывает ни притяжения, ни отталкивания 3) на больших расстояниях притягивается к стержню, на малых расстояниях отталкивается 4) притягивается к стержню

2. К незаряженной лёгкой металлической гильзе, подвешенной на шёлковой нити, поднесли, не касаясь, положительно заряженную стеклянную палочку. На каком рисунке правильно показано поведение гильзы и распределение зарядов на ней?

3. К незаряженному электрометру поднесли положительно заряженную палочку. Какой заряд приобретут шар и стрелка электрометра?

1) шар и стрелка будут заряжены отрицательно 2) шар и стрелка будут заряжены положительно 3) на шаре будет избыточный положительный заряд, на стрелке — избыточный отрицательный заряд 4) на шаре будет избыточный отрицательный заряд, на стрелке — избыточный положительный заряд

4. К двум одинаковым заряженным шарикам, подвешенным на изолирующих нитях, подносят положительно заряженную стеклянную палочку. В результате положение шариков изменяется так, как показано на рисунке (пунктирными линиями указано первоначальное положение нитей). Это означает, что

1) оба шарика заряжены положительно 2) оба шарика заряжены отрицательно 3) первый шарик заряжен положительно, а второй отрицательно 4) первый шарик заряжен отрицательно, а второй положительно

5. К подвешенному на тонкой нити отрицательно заряженному шарику А поднесли, не касаясь, шарик Б. Шарик А отклонился, как показано на рисунке. Шарик Б

1) имеет отрицательный заряд 2) имеет положительный заряд 3) может быть не заряжен 4) может иметь как положительный, так и отрицательный заряд

6. К отрицательно заряженному электроскопу поднесли, не касаясь его, диэлектрическую палочку. При этом листочки электроскопа разошлись на заметно больший угол. Заряд палочки может быть

1) только положительным 2) только отрицательным 3) и положительным, и отрицательным 4) равным нулю

7. К незаряженному изолированному проводнику АБ приблизили изолированный отрицательно заряженный металлический шар. В результате листочки, подвешенные с двух сторон проводника, разошлись на некоторый угол (см. рисунок).

Популярные статьи  Что такое термистор и позистор и где они применяются

Распределение заряда в проводнике АБ правильно изображено на рисунке

8. На нити подвешен незаряженный металлический шарик. К нему снизу поднесли заряженную палочку. Изменится ли сила натяжения нити, и если да, то как?

1) не изменится 2) увеличится независимо от знака заряда палочки 3) уменьшится независимо от знака заряда палочки 4) увеличится или уменьшится в зависимости от знака заряда палочки

9. Из какого материала может быть сделан стержень, соединяющий электроскопы, изображённые на рисунке?

А. Сталь Б. Стекло

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

10. Два металлических шарика, укреплённых на изолирующей подставке, соединили металлическим стержнем. К правому шарику поднесли отрицательно заряженную палочку, затем убрали стержень и заряженную палочку. Какой заряд будет на правом и на левом шариках?

1) на правом шарике — положительный, на левом — отрицательный 2) на правом шарике — отрицательный, на левом — положительный 3) на нравом и на левом шариках — положительный 4) на правом и на левом шариках — отрицательный

11. Из перечня приведённых ниже высказываний выберите два правильных и запишите их номера в таблицу.

1) Вокруг электрического заряда существует электрическое поле. 2) В диэлектрике, помещенном в электрическое поле, происходит перераспределение зарядов. 3) Электрическое поле невидимо и не может быть обнаружено. 4) При электризации через влияние в проводнике происходит перераспределение зарядов. 5) Диэлектрику можно сообщить электрический заряд, поместив его в электрическое поле.

12. Электрометр с шариком на его конце помещён в поле отрицательного заряда. При этом его стрелка отклонилась на некоторый угол. Как при этом изменилось количество заряженных частиц электрометре? Установите соответствие между физическими величинами и их возможными изменениями при этом. Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в ответе могут повторяться.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА A) количество протонов на шарике Б) количество электронов на шарике B) количество электронов на стрелке

ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ 1) увеличилась 2) уменьшилась 3) не изменилась

Напряженность и потенциал на поверхности проводника.

Рассмотрим какую-либо заряженную поверхность произвольной
формы с поверхностной плотностью заряда s,
разделяющую два полупространства в которых есть электростатическое
поле (рис.9.10).

Возьмем бесконечно малую площадку dS и построим цилиндр очень
малой высоты (консервную банку). Тогда по теореме Гаусса (поток через боковую
поверхность пренебрежимо мал) имеем

В проекциях на единую нормаль , проведенную
от первой области ко второй


    (9.5)

Таким образом, при переходе через заряженную поверхность нормальная составляющая
электростатического поля терпит разрыв (вспомним, что мы уже отмечали этот факт
в ).

Теперь возьмем очень маленький участок границы dl
и окружим его прямоугольником крайне малой высоты (рис.9.11).

Применим теорему
о циркуляции, пренебрегая циркуляцией по боковым сторонам прямоугольника.

В проекции на единый вектор касательной


    (9.7)

Таким образом, касательная составляющая электростатического
поля непрерывна. Это и понятно. Иначе существовало бы непрерывное движение зарядов
вдоль поверхности.

Выражения (9.5) и (9.7) называются граничными условиями.

Подумаем, к чему приведут эти выводы, если в качестве
второго полупространства взять проводник.


   
   (9.9)

выводы: электростатическое поле всегда перпендикулярно
поверхности проводника;
потенциал постоянен по всей поверхности и по всему
объему проводника.
Линии напряженности начинаются (или оканчиваются)
на поверхности проводника, не проникая внутрь (см. рис.9.3).
rem: Наивно думать, что источником поля является только поверхностная
плотность заряда. Поле создается всеми зарядами системы. Поверхностный заряд
на проводнике “приспосабливается” к влиянию окружающих зарядов, пока не будут
выполнены вышеприведенные соотношения.

Проводники и изоляторы.

Где и как распределяются заряды в проводнике?

Уже первые эксперименты в области электричества установили,
что вещества существенно отличаются по своей способности сохранять и передавать
“нечто электрическое”. Некоторые (стекло, шерсть, эбонит, янтарь, пластмассы)
легко можно наэлектризовать трением и сохранять заряд достаточно долго. Другие
(металлы) электризовать надо особым образом, например, через влияние (см. рис.9.1).
Они получили названия соответственно изоляторы и проводники. Следует отметить,
что различие в проводимости может быть очень большим (до 1025 раз).
Так для меди удельное сопротивление 1,72.10-8 Ом.м,
а для янтаря или второпласта — 1017 Ом.м.

Однако в природе нет абсолютных проводников или изоляторов.
Одни и те же вещества при разных условиях могут являться как проводниками, так
и изоляторами. Например, стекло в обычных условиях является изолятором, однако
при нагреве может стать вполне хорошим проводником (рис.9.2). Уместна следующая
механическая аналогия: асфальт мы воспринимаем как твердое тело, хотя с точки
зрения геологических масштабов времени — это жидкость, способная просачиваться
сквозь горные породы и образовывать озера.

Электроемкость уединенного проводника

Рассмотрим отдельно взятый проводник, удалённый от других заряженных тел. Такие токопроводящие тела называют уединёнными. В результате электростатической индукции на поверхности уединённого проводника возникает статическое электричество. Количество индуцированных зарядов зависит от уровня напряжённости внешнего поля.

Потенциал на таком проводнике зависит от его заряда (φ): Q=Cφ, откуда

С = Q/φ , где C – электроёмкость.

Ёмкостью уединённого проводника называют заряд, сообщение которого изменяет потенциал этого тела на единицу. На ёмкость влияет размер и форма токопроводящего тела. Но ёмкость не зависит от агрегатного состояния и на неё не влияет форма и размер внутренних полостей.

Если уединённому проводнику сообщить некий дополнительный заряд, то в течение некоторого времени он будет сохраняться. Количество электричества, которые способен удержать уединённый проводник, зависит от его формы и площади поверхности. Наибольшую ёмкость имеют сферические образования, так как площадь поверхности сферы на единицу объёма самая большая.

Два уединённых проводника разделённые диэлектриком образуют конденсатор. При этом электроемкость конденсатора Cконд = Q/(φ1 — φ2), где ( φ1 — φ2 ) разница потенциалов между обкладками. Индуцированные заряды с обкладок заряженного конденсатора можно снять на нагрузку, подключённую к выводам обкладок.

Закон Кулона

Закон Кулона был открыт экспериментально: в опытах с использованием крутильных весов измерялись силы взаимодействия заряженных шаров.

Закон Кулона формулируется так:
сила взаимодействия ​\( F \)​ двух точечных неподвижных электрических зарядов в вакууме прямо пропорциональна их модулям ​\( q_1 \)​ и \( q_2 \) и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними ​\( r \)​:

где ​\( k=\frac{1}{4\pi\varepsilon_0}=9\cdot10^9 \)​ (Н·м2)/Кл2 – коэффициент пропорциональности,
​\( \varepsilon_0=8.85\cdot10^{-12} \)​ Кл2/(Н·м2) – электрическая постоянная.

Коэффициент ​\( k \)​ численно равен силе, с которой два точечных заряда величиной 1 Кл каждый взаимодействуют в вакууме на расстоянии 1 м.

Популярные статьи  Принцип работы и назначение вч-каналов связи высоковольтных линий электропередач

Сила Кулона направлена вдоль прямой, соединяющей взаимодействующие заряды. Заряды взаимодействуют друг с другом с силами, равными по величине и противоположными по направлению.

Значение силы Кулона зависит от среды, в которой они находятся. В этом случае формула закона:

где ​\( \varepsilon \)​ – диэлектрическая проницаемость среды.

Закон Кулона применим к взаимодействию

  • неподвижных точечных зарядов;
  • равномерно заряженных тел сферической формы.

В этом случае ​\( r \)​ – расстояние между центрами сферических поверхностей.

Важно!
Если заряженное тело протяженное, то его необходимо разбить на точечные заряды, рассчитать силы их попарного взаимодействия и найти равнодействующую этих сил (принцип суперпозиции)

Как найти потенциал и напряженность электрического поля

Взаимосвязь между электрическим потенциалом и полем аналогична взаимосвязи между гравитационным потенциалом и полем в том смысле, что потенциал является свойством поля, описывающим действие поля на объект.

Электрическое поле и потенциал в одном измерении: наличие электрического поля вокруг статического точечного заряда создает разность потенциалов, заставляя тестовый заряд испытывать силу и двигаться.

Электрическое поле похоже на любое другое векторное поле: оно оказывает силу, основанную на стимуле, и имеет единицы силы, умноженные на обратный стимул. В случае электрического поля стимулом является заряд, и, следовательно, единицы измерения равны NC-1. Другими словами, электрическое поле является мерой силы на единицу заряда.

В единицах измерения электрический потенциал и заряд тесно связаны. Они имеют общий коэффициент обратных кулонов (C-1), в то время как сила и энергия различаются только на коэффициент расстояния (энергия — это произведение силы на расстояние).

Таким образом, для однородного поля соотношение между электрическим полем (E), разностью потенциалов между точками A и B (Δ) и расстоянием между точками A и B (d) равно:

Коэффициент -1 возникает в результате отталкивания положительных зарядов: положительный заряд будет отталкиваться от положительно заряженной пластины в направлении места с более высоким напряжением.

Приведенное выше уравнение представляет собой алгебраическое соотношение для однородного поля. В изначальном смысле, не предполагая однородности поля, электрическое поле представляет собой градиент электрического потенциала в направлении x:

Это может быть выведено из основных принципов. Учитывая, что ∆P=W (изменение энергии заряда равно работе, проделанной над этим зарядом), применение закона сохранения энергии, мы можем заменить ∆P и W другими терминами. ∆P может быть заменено его определением как произведение заряда (q) и разности потенциалов (dV). Затем мы можем заменить W его определением как произведение q, электрического поля (E) и разности расстояний в направлении x (dx): 

Деление обеих частей уравнения на q дает предыдущее уравнение.

Напряженность электростатического поля

Величина напряженности электрического поля определяется с точки зрения того, как она измеряется. Если предположить, что электрический заряд может быть обозначен символом Q. Этот электрический заряд создает электрическое поле; поскольку Q является источником электрического поля, он будет называться его зарядом источника.

Напряженность электрического поля исходного заряда может быть измерена любым другим зарядом, размещенным где-то в его окружении. Заряд, используемый для измерения напряженности электрического поля, называется тестовым зарядом, поскольку он используется для проверки напряженности поля. Испытательный заряд имеет количество заряда, обозначенное символом q. При помещении в электрическое поле испытуемый заряд будет испытывать электрическую силу — либо притягивающую, либо отталкивающую. Как это обычно бывает, эта сила будет обозначаться символом F. Величина электрического поля просто определяется как сила, приходящаяся на заряд испытуемого заряда.

Если напряженность электрического поля обозначается символом E, то уравнение может быть переписано в символической форме как:

Стандартные метрические единицы измерения напряженности электрического поля вытекают из его определения. Поскольку электрическое поле определяется как сила на заряд, его единицами будут единицы силы, деленные на единицы заряда. В этом случае стандартными метрическими единицами являются Ньютон/Кулон или Н/С.

Для столкновения с силой всегда требовались два заряда. В электрическом мире для притяжения или отталкивания требуются двое. Уравнение для напряженности электрического поля (E) содержит одну из двух величин заряда, перечисленных в нем. Символ q в уравнении представляет собой количество заряда на тестовом заряде (не на исходном заряде). Напомним, что напряженность электрического поля определяется в терминах того, как она измеряется или проверяется; таким образом, тестовый заряд попадает в уравнение. Электрическое поле — это сила, приходящаяся на количество заряда на испытуемом заряде.

Диэлектрики и связанные заряды в них

Диэлектриками называют вещества, которые в обычном состоянии содержат только связанные заряды. Примерами диэлектриков являются: дистиллированная вода, масла, стекло, фарфор и т.д.

Если диэлектрик поместить в электрическое поле, то заряды не могут разделиться, так как свободных зарядов нет. В таком случае происходит поляризация, то есть процесс смещения зарядов, имеющих противоположные знаки в пределах молекулы (или атома). В результате поляризации на поверхности диэлектрика возникают связанные заряды. При этом, вектор напряженности поля, создаваемого связанными зарядами, имеет направление противоположное вектору напряженности внешнего поля. При этом говорят, что диэлектрик ослабляет электрическое поле в $\varepsilon $раз по сравнению с тем же полем в вакууме. $\varepsilon $- диэлектрическая проницаемость вещества.

Электрометр

Итак, если мы сообщили любым из вышеуказанных способов электрический заряд телу, нам, конечно же, необходимо каким-либо способом оценить величину этого заряда. Для этого используется прибор электрометр, который был придуман русским ученым М.В. Ломоносовым (рис. 8).

Рис. 8. М.В. Ломоносов (1711-1765)

Электрометр (рис. 9) состоит из круглой банки, металлического стержня и легкого стержня, который может вращаться вокруг горизонтально расположенной оси.

Где и как распределяются заряды в проводнике?

Рис. 9. Электрометр

Сообщая заряд электрометру, мы в любом случае (и для положительного, и для отрицательного заряда) заряжаем и стержень, и стрелку одноименными зарядами, в результате чего стрелка отклоняется. По углу отклонения и оценивается заряд (рис. 10).

Где и как распределяются заряды в проводнике?

Рис. 10. Электрометр. Угол отклонения

Если взять наэлектризованную стеклянную палочку, прикоснуться ею к электрометру, то стрелка отклонится. Это говорит о том, что электрометру был сообщен электрический заряд. В ходе этого же эксперимента с эбонитовой палочкой этот заряд компенсируется (рис. 11).

Где и как распределяются заряды в проводнике?

Рис. 11. Компенсация заряда электрометра

Поляризация диэлектрика

Давайте возьмем два, на первый взгляд, одинаковых задания из ЕГЭ.

Задание 1

Если к незаряженному металлическому шару поднести, не касаясь, точечный положительный заряд, то на стороне шара, ближайшей к заряду, появится отрицательный заряд. Как называется это явление?

Мы только что это разобрали: это электростатическая индукция.

Популярные статьи  Бифилярная катушка и ее использование

Задание 2

Если к незаряженному диэлектрическому шару поднести, не касаясь, точечный положительный заряд, то на стороне шара, ближайшей к заряду, появится отрицательный заряд. Как называется это явление?

Кажется, что очень похоже на электростатическую индукцию, но это явление будет называться поляризация. В чем разница:

В первом случае — это проводник, а во втором — диэлектрик. Если не вдаваться в подробности, то поляризация диэлектрика — процесс, очень похожий по природе своей на электростатическую индукцию, только происходит в непроводящих материалах.

Повторение основных свойств заряженных тел

Начнем с того, что вспомним, что было открыто советским ученым А. Ф. Иоффе (рис. 1) и американским ученым Р. Э. Милликеном (рис. 2) независимо друг от друга. Проведя ряд экспериментов, каждому из них удалось установить массу и заряд электрона, которые соответственно равны:

Рис. 1. А. Ф. Иоффе (1880-1960)

Рис. 2. Р. Э. Милликен (1868-1953) (Источник)

Модуль заряда электрона был назван элементарным зарядом, и было установлено, что такой заряд является неделимым, т. е. меньшего заряда в природе нет. Поскольку любой заряд, как из кирпичиков, состоит из элементарных зарядов, то значение любого заряда можно разделить на величину элементарного заряда без остатка.

Стоит упомянуть, что величина заряда тела характеризует его взаимодействие с другим заряженным телом и что заряды разделены на два типа: положительные и отрицательные. При этом одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются.

Обозначение заряда: ;

Единица измерения заряда: Кл (кулон).

Замечание. Единица измерения заряда названа в честь французского физика Шарля Кулона (рис. 3), который внес большой вклад в изучение электричества.

Рис. 3. Ш. Кулон (1736-1806) (Источник)

Заряд тела имеет важное свойство: он может делиться, причем, достаточно много раз пока не дойдет до значения элементарного заряда, который неделим (на практике такая ситуация практически невозможна). Деление заряда происходит путем передачи части заряда от одного тела к другому. Для понимания процессов возникновения зарядов у тел необходимо знать устройство атома

Открытие современной модели атома принадлежит английскому ученому Э. Резерфорду (рис. 4). Согласно этой модели, которая носит название «планетарная» (рис. 5), атом состоит из массивного положительно заряженного ядра, состоящего из протонов и нейтронов, и вращающихся вокруг ядра отрицательно заряженных электронов. Поскольку количество протонов в ядре атома, находящегося в основном состоянии, равно количеству электронов, вращающихся по орбитам, то атом в целом электронейтрален

Для понимания процессов возникновения зарядов у тел необходимо знать устройство атома. Открытие современной модели атома принадлежит английскому ученому Э. Резерфорду (рис. 4). Согласно этой модели, которая носит название «планетарная» (рис. 5), атом состоит из массивного положительно заряженного ядра, состоящего из протонов и нейтронов, и вращающихся вокруг ядра отрицательно заряженных электронов. Поскольку количество протонов в ядре атома, находящегося в основном состоянии, равно количеству электронов, вращающихся по орбитам, то атом в целом электронейтрален.

Замечание. Заряд протона по модулю равен заряду электрона, но противоположного знака (положительный), стандартное обозначение: .

Рис. 4. Э. Резерфорд (1871-1937) (Источник)

Рис. 5. Планетарная модель атома Резерфорда (Источник)

После установления факта нейтральности атома в его основном состоянии возникает вопрос: возможно ли другое состояние атома, при котором он имеет заряд. Такое состояние возможно и возникает оно в случае отделения электронов от атома либо при присоединении избыточных электронов, в таком случае атом становится заряженным, и его называют ионом. Если атом приобрел избыточные электроны, то его заряд становится отрицательным, и его называют анионом, а если он потерял электроны, то его заряд становится положительным, и его называют катионом.

Все упомянутые нами факты и понятия используются при объяснении электрических явлений, несколько примеров которых мы ниже приведем.

Отметим то, что во множестве опытов нас не интересуют знаки зарядов, которые присутствуют у тел, а более важной характеристикой является процесс движения заряда и значение модуля заряда, т. е. его численная величина

Напряженность электрического поля

Напряженность электрического поля ​\( \vec{E} \)​ – векторная физическая величина, равная отношению силы ​\( F \)​, действующей на пробный точечный заряд, к величине этого заряда ​\( q \)​:

Обозначение – \( \vec{E} \), единица измерения в СИ – Н/Кл или В/м.

Напряженность поля точечного заряда в вакууме вычисляется по формуле:

где \( k=\frac{1}{4\pi\varepsilon_0}=9\cdot10^9 \) (Н·м2)/Кл2,
​\( q_0 \)​ – заряд, создающий поле,
​\( r \)​ – расстояние от заряда, создающего поле, до данной точки.

Напряженность поля точечного заряда в среде вычисляется по формуле:

где ​\( \varepsilon \)​ – диэлектрическая проницаемость среды.

Важно!
Напряженность электрического поля не зависит от величины пробного заряда, она определяется величиной заряда, создающего поле. Направление вектора напряженности в данной точке совпадает с направлением силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в эту точку. Направление вектора напряженности в данной точке совпадает с направлением силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в эту точку

Направление вектора напряженности в данной точке совпадает с направлением силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в эту точку.

Линией напряженности электрического поля называется линия, касательная к которой в каждой точке направлена вдоль вектора напряженности ​\( \vec{E} \)​.

Линии напряженности электростатического поля начинаются на положительных электрических зарядах и заканчиваются на отрицательных электрических зарядах или уходят в бесконечность от положительного заряда и приходят из бесконечности к отрицательному заряду.

Распределение линий напряженности вокруг положительного и отрицательного точечных зарядов показано на рисунке.

Определяя направление вектора ​\( \vec{E} \)​ в различных точках пространства, можно представить картину распределения линий напряженности электрического поля.

Поле, в котором напряженность одинакова по модулю и направлению в любой точке, называется однородным электрическим полем. Однородным можно считать электрическое поле между двумя разноименно заряженными металлическими пластинами. Линии напряженности в однородном электрическом поле параллельны друг другу.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Денис Серебряков/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

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