Электрическое поле в вакууме

Лекция 1. Электрическое  поле в вакууме

I курс, 2 семестр

 

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ 

 

2

 

 

 

3 модуль:

Электростатика. Постоянный ток.

 

4 модуль:

Магнитное поле. Электромагнитная индукция, уравнения  Максвелла. Колебания и волны.

 

Историческая справка 

 

3

 

Электрон (от др. греч. - ἤλεκτρον) – янтарь.

 

«Письмо о магните», 1269 г., Перегрин;

 «О  проницательности», 1551 г., Кардано;

(«огни  святого Эльма»)

«О магните, магнитных телах и о большом  магните – Земле…», 1600 г., первый электроскоп, У. Гильберт;

1672 г., Отто фон Герике, первая электрическая машина, электризация трением, передача электричества на расстояние;

1785 г., закон  Кулона.

1860 г., М.  Фарадей, 

Д. Максвелл, класси-

ческая электродинамика

Электрический заряд 

 

Свойства  электрического заряда:

1. Существует в двух видах: положительный и отрицательный.
2. Кратность электрического заряда: любой заряд q всегда кратен заряду электрона.

 

 

1. Закон сохранения электрического заряда: в электрически изолированной системе алгебраическая сумма зарядов не изменяется.

 

1. Электрический заряд является релятивистски инвариантным: его величина не зависит от системы отсчета, т.е. не зависит движется заряд или покоится.

 

4

 

4

Положительно заряженное тело: Ne < Np

Отрицательно  заряженное тело: Ne > Np

Тело не заряжено: Ne = Np  

 

5

 

5

 

Электрический заряд 

1785 г. – начало количественного  изучения электрических явлений.

 

Точечный  заряд – заряженное тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием до других заряженных тел. 

 

6

 

6

 

Закон Кулона. Закон взаимодействия точечных зарядов.

Сила взаимодействия между  точечными зарядами в вакууме:

 

 

 

 

 

 

Электрическая постоянная:

 

7

 

7

 

Закон Кулона. Закон  взаимодействия точечных зарядов.

Согласно современным  представлениям взаимодействия между  зарядами осуществляется через поле.

Электрическое (электромагнитное) поле – определенная форма материи, через которую осуществляются электромагнитные взаимодействия.

Любое заряженное тело, помещенное в какую-либо точку  поля оказывается под воздействием силы.

Электростатическое  поле – поле неподвижных зарядов.

Пробный заряд - точечный положительный заряд, который не искажает исследуемое поле, т.е. не вызывает в нем перераспределения зарядов (собственным полем пробного заряда пренебрегают).

 

8

 

8

 

Электрическое поле

Характеристики электрического поля:

1. Напряженность (силовая).
2. Потенциал (энергетическая).

Напряженность электрического поля – векторная величина, численно равная силе, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля. Вектор напряженности совпадает по направлению с силой, действующей на «+» заряд.

 

 

 

Напряженность поля точечного заряда:

 

9

 

9

 

Напряженность электрического поля

Линии напряженности – линии, касательные к которым в каждой точке поля направлены также как и вектор напряженности. 

Линии напряженности  начинаются на «+» зарядах, заканчиваются  на «-» зарядах.  Линии не пересекаются, не замкнуты.

 

Густота линий  напряженности пропорциональна  модулю вектора напряженности электрического поля.

 

10

 

10

 

Линии напряженности электрического поля

Напряженность поля системы  зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, которое создает каждый из этих зарядов в отдельности.

 

 

 

 

 

 

 

Однородное  поле – поле, в каждой точке которого напряженность одинакова по модулю и направлению. (Поле равномерно заряженной плоскости, плоского конденсатора). 

 

11

 

11

 

Принцип суперпозиции электрических полей 

Линейная  плотность заряда (однородное распределение заряда):

 

 

 

Поверхностная плотность заряда:

 

 

 

Объемная  плотность заряда:

 

 

12

 

12

 

Распределение зарядов 

1. Поле на оси тонкого равномерно-заряженного кольца.

 

Заряд q равномерно распределен по тонкому кольцу радиусом R. Найти напряженность, создаваемую кольцом как функцию расстояния z от его центра.

 

13

 

13

 

Распределение зарядов 

2. Поле на продолжении  тонкого равномерно-заряженного  стержня. 

 

Заряд q равномерно распределен по тонкому стержню длиной l. Найти напряженность, создаваемую стержнем на расстоянии a от его конца.

 

14

 

14

 

Распределение зарядов 

2. Поле равномерно-заряженной  прямой нити.

 

Заряд q равномерно распределен по тонкой нити длиной l. Найти напряженность, создаваемую нитью на расстоянии a от ее центра и расположенной симметрично относительно ее концов.

 

15

 

15

 

Распределение зарядов 

Фундаментальные взаимодействия

 

16

 

16

 

1

 

2