Величины характеризующие электрическое поле
Потенциал в каждой токе электрического поля характеризуется энергией W, которая затрачивается электрическим полем на перемещение единицы положительного заряда из данной точки за пределы поля, если это поле создано положительным зарядом, или из-за пределов поля в данную точку, если поле создано отрицательным зарядом. Потенциал в точке А равен отношению энергии затраченной на перемещение заряда к этому заряду.
Разность потенциалов между двумя точками электрического поля характеризуется напряжением U между этими точками
U= Ψa – Ψb= Uab
Напряжение между двумя точками электрического поля характеризуется энергией затраченной на перемещение единицы положительного заряда между этими точками:
Uab = Wab/q
Какая физическая величина является силовой характеристикой электрического поля?
Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика — напряжённостьэлектрического поля — векторная физическая величина, равная отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещённый в данную точку пространства, к величине этого заряда.
Новые вопросы в Физика
Сухий термометр психрометра показує 20°С за різницею показань термометрів знайшли що відносна вологість = 59% Знайти тиск водяної пари в повітрі? Яка … температура вологого термометра? Чому дорівнює точка роси?
Сухий термометр психрометра показує 20°С за різницею показань термометрів знайшли що відносна вологість = 59% Знайти тиск водяної пари в повітрі? Яка … температура вологого термометра? Чому дорівнює точка роси?
сухий термометр психрометра показує 20°С за різницею показань термометрів знайшли що відносна вологість = 59% знайти тиск водяної пари в повітрі яка т … емпература вологого термометра чому дорівнює точка роси
Относительная влажность воздуха в сосуде = 80%. Во сколько раз плотность насыщенного пара по той же температуре больше плотности водяного пара в сосуд … е?
Визначити силу, яка виникає між двома тілами маси яких дорівнюють4*10^6 кг і 9*10^8 кг, а відстань між ними 6*10^10м, гравітаційна стала 6,67*10^-11 Н … *м^2/кг^2.
Какая физическая величина является характеристикой электрического поля
3.2.5.1. ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока
Рейтинг: 0
Электродвижущая сила — ЭДС
Название физической величины: электродвижущая сила источника тока.
Обозначение физической величины: ε – школьное обозначение. Другое обозначение ЭДС.
Формула связи физических величин: электрическая энергия, приходящаяся на единицу заряда, которую вырабатывает источник электрического тока, совершая работу по перенесению заряда против сил электрического поля. Электродвижущая сила − историческое традиционное название, на самом деле эта величина является не силовой, а энергетической характеристикой.
Расшифровка формулы: внутри разных источников энергия вырабатывается по-своему. Измеряется вольтметром.
Вектор или скаляр физическая величина: положительный или отрицательный скаляр. (Внутри источника тока силы, совершающие работу по перемещению заряда, направлены вдоль силовых линий в сторону, противоположную напряженности электрического поля.)
Размерность физической величины: энергия, деленная на заряд. Единицы измерения СИ: [ε] = Дж/Кл = В – вольт.
Какая физическая величина является характеристикой электрического поля
«Электростатика» рассматривает электрические поля, которые создаются неподвижными электрическими зарядами. Такие поля называются . Для обнаружения и опытного исследования электростатического поля используется — такой заряд, который не искажает исследуемое поле. Силовой характеристикой электростатического поля является – векторная физическая величина, определяемая силой, действующей на единичный положительный (пробный) заряд, помещённый в исследуемую точку поля,
Энергетической характеристикой электростатического поля является — скалярная физическая величина, определяемая потенциальной энергией единичного положительного заряда, помещённого в исследуемую точку поля,
Электростатическое поле изображают с помощью силовых линий (линий напряженности ) и с помощью эквипотенциальных поверхностей (поверхностей равного потенциала ).
При помещении диэлектрика во внешнее электростатическое поле он поляризуется т.е. приобретает дипольный момент. Для количественного описания поляризации диэлектрика пользуются — векторной физической величиной, определяемой как дипольный момент единицы объема диэлектрика,
Вектор напряженности , переходя через границу двух диэлектриков претерпевает скачкообразное изменение, создавая тем самым неудобства при расчете электростатических полей. Поэтому вводят дополнительную (помимо) характеристику — вектор электрического смещения .
Графически поле в диэлектрике изображается как с помощью линий вектора напряженности , так и с помощью линий вектора электрического смещения . Отличие заключается только в том, что линии вектора Е могут начинаться и заканчиваться на любых (свободных и связанных) зарядах, а линии вектора — лишь на свободных (сторонних) зарядах.
Помещение проводника во внешнее электростатическое поле вызывает искажение последнего: линии поля проводника становятся перпендикулярными его поверхности. Величина напряженности определяется поверхностной плотностью зарядов.
Поверхностные заряды на проводнике перераспределяются до тех пор, пока поле индуцированных зарядов не скомпенсирует внешнее поле внутри проводника. Поэтому электростатическое поле внутри проводника отсутствует, а весь объем проводника является эквипотенциальным.
Взаимодействие двух точечных неподвижных зарядов описывается законом Кулона. Величина кулоновской силы определяется формулой
где — сила взаимодействия между точечными зарядами и ;
— расстояние между ними;
— диэлектрическая проницаемость среды;
Сила является , если взаимодействующие заряды имеют разные знаки; и , если они – одноименные.
Для решения задач удобно использовать объемную, поверхностную и линейную плотности заряда:
вектора напряжённости электростатического поля через произвольную поверхность называется интеграл вида
— проекция вектора напряженности на направление нормали.
Напряженность электростатического поля, образованного несколькими зарядами (или электрическим зарядом, распределенным по некоторому телу) рассчитывается с помощью принципа суперпозиции:
— для дискретного распределения зарядов, где — напряжённость поля, создаваемого — зарядом в данной точке поля;
— для непрерывного распределения заряда (интегрирование ведется по объему заряженного тела), где — напряженность поля, создаваемого элементарным зарядом в данной точке пространства.
В том случае, когда известна конфигурация поля заряженного тела, при решении задач целесообразно использовать для электростатического поля в вакууме: поток вектора напряженности электростатического поля в вакууме сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов заключенных внутри этой поверхности, деленной на :
— для непрерывного распределения заряда по объёму V;
— для дискретного распределения зарядов внутри замкнутой поверхности .
Напряженность поля, создаваемого равномерно заряженной (с поверхностной плотностью заряда ) бесконечной плоскостью, определяется как
где – диэлектрическая проницаемость среды, в которой находится заряженная плоскость. В этом случае электростатическое поле является однородным, т.к. его напряженность не зависит от расстояния до плоскости.
Напряженность поля, создаваемого двумя бесконечными параллельными разноименно заряженными плоскостями с одинаковой по модулю поверхностной плотностью зарядов, выглядит следующим образом:
Такой вид поля реализуется в плоском конденсаторе. Сила, действующая на заряд, помещенный в любую точку данного поля – одинакова, т.е. поле, как и в предыдущем случае, является однородным.
Напряженность поля, создаваемого равномерно заряженной сферической поверхностью в окружающем ее пространстве рассчитывается
также, как напряженность поля точечного заряда; внутри сферы электростатическое поле отсутствует:
где — радиус сферы, — заряд на ее поверхности; — расстояние от центра сферы до исследуемой точки поля.
Напряженность поля, создаваемого равномерно заряженным (с линейной плотностью заряда ) бесконечным цилиндром,
Электростатическое поле цилиндра обладает аксиальной симметрией. Силовые линии поля перпендикулярны боковой поверхности цилиндра.
Электростатическое поле является потенциальным: работа кулоновских сил по перемещению заряда не зависит от формы траектории последнего, а определяется только положением начальной и конечной точек. Если перемещать заряд по замкнутой траектории, то работа полем не совершается.
Циркуляция вектора напряженности электростатического поля вдоль (замкнутого) контура также равна нулю:
где — элемент контура L , по направлению совпадающий с направлением с направление обхода контура; E l — проекция вектора на направление
Напряженность и потенциал – две характеристики электростатического поля. Поскольку обе они относятся к одному и тому же физическому объекту – электростатическому полю, – то между ними существует определенная связь.
Связь между потенциалом электростатического поля и его напряженностью:
Знак «минус» показывает, что вектор направлен в сторону убывания потенциала.
Для описания электростатического поля в диэлектриках пользуются понятием электрического диполя – системы двух равных по модулю разноименных электрических зарядов, расположенных на расстоянии l.
В электростатическом поле диэлектрик поляризуется. Количественной характеристикой степени поляризации является . Вектор поляризованности определен выше.
Между поляризованностью вещества и напряженностью электростатического поля в изотропном диэлектрике существует связь, выражаемая формулой,
где æ — диэлектрическая вещества, определяемая как
Диэлектрическая проницаемость e показывает, во сколько раз диэлектрик ослабляет внешнее поле. Для более рационального описания электростатического поля в диэлектрике вводят вектор электрического смещения:
поток вектора смещения электростатического поля в диэлектрике сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности свободных электрических зарядов:
— для дискретного распределения зарядов внутри замкнутой поверхности ;
— для непрерывного распределения заряда по объёму .
Таким образом, электростатическое поле в диэлектрике характеризуется тремя физическими величинами , и . Связь между векторами электрического смещения , поляризованности и напряженности электростатического поля для изотропного диэлектрика задается формулой
Вектор электрического смещения определяется объемной плотностью сторонних зарядов в диэлектрике:
– проекции вектора на координатные оси.
Вектор определяется объемной плотностью связанных зарядов в диэлектрике:
На границе раздела сред с различными диэлектрическими проницаемостями линии векторов и испытывают преломление:
где и — поверхностные плотности сторонних и связанных зарядов;
— нормаль к поверхности раздела, направленная из первой среды во вторую;
— орт, касательный к поверхности;
и – диэлектрические проницаемости первой и второй среды соответственно.
У поверхности заряженного проводника в вакууме касательная и нормальная составляющая вектора определяется формулами:
а внутри проводника электрическое поле отсутствует.
Уединенный проводник обладает электрической емкостью:
где — заряд проводника, – его потенциал.
Два разноименно заряженных проводника, между которыми помещен слой диэлектрика, образуют конденсатор. Конденсаторы различной формы обладают различной электрической емкостью. Электрическая емкость конденсаторов:
где — площадь одной из пластин;
— расстояние между пластинами;
где — длина конденсатора;
и — внутренний и внешний радиусы обкладок конденсатора соответственно;
где и — внутренний и внешний радиусы обкладок конденсатора соответственно.
Для варьирования емкости конденсаторы соединяют в батареи.
Электрическая ёмкость конденсаторов рассчитывается как
Электрическая ёмкость конденсаторов рассчитывается как
Любое заряженное тело и электростатическое поле, им созданное, обладают энергией. рассчитывается по формулам:
где — заряд проводника; — его потенциал; — емкость проводника.
Электростатическое поле заряженного конденсатора обладает энергией
где — емкость конденсатора, заряд на его обкладках и разность потенциалов между ними.
Энергия, приходящаяся на единицу объема, называется электростатического поля и рассчитывается по формуле
все величины, входящие в формулу, определены выше.