Характеристики электрического поля

Презентация на тему 1. Что такое электрическое поле 2. Чем отличается поле от вещества 3. Перечислите основные свойства электрического поля. 4. Что указывают силовые линии. Транскрипт

1

1. Что такое электрическое поле? 2. Чем отличается поле от вещества? 3. Перечислите основные свойства электрического поля. 4. Что указывают силовые линии электрического поля? 5. Объясните, почему после сообщения электрическому султану заряд его бумажные полоски расходятся в разные стороны?

6

Магнисия Μαγνησία Магниси́я, Магнесия или Магезия (Μαγνησία) приморская часть Фессалии (Греции), где в древности обитало македонское племя магнитов.

7

1600 год – Вильям Гилберт опубликовал книгу «О магните» год – впервые описаны свойства магнита. Ещё в 1269 г. П. Перегрином была написана книга о магнитах, которая называлась «Письма о магнитах». В той книге были собраны почти все известные в то время сведения о свойствах магнитов.

8

1. Магнитное притяжение и отталкивание присущи только некоторым телам: железной руде, железу, стали и некоторым сплавам. 2. Магнит имеет по крайней мере два полюса: северный и южный. 3.Одноимённые полюса магнитов отталкиваются, а разноимённые – притягиваются. 4. Свободно подвешенный магнит ориентируется определённым образом относительно сторон света.

9

Магниты Естественные Искусственные

10

Свойства магнитов Имеют два полюса S, N Разноименные полюса притягиваются, одноименные отталкиваются Магнит, подвешенный на нитке, располагается определенным образом в пространстве, указывая север и юг Магниты оказывают свое действие через стекло, кожу и воду Невозможно получить магнит с одним полюсом Земной шар – большой магнит

11

В 1820 году датский ученый Ханс Эрстед заметил, что магнитная стрелка, находящаяся поблизости от проводов, отклоняется, когда по проводам течет ток.

12

1. Магнитное поле порождается магнитами и электрическими токами (движущимися зарядами). 2. Магнитное поле обнаруживается по действию на магниты и токи.

13

Вне магнита силовые линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный, замыкаясь внутри магнита. Силовые линии магнитного поля – замкнуты. — это линии, которые проведены так, что касательные к ним в каждой точке указывают направление поля в этой точке.

14

Источник поля Вид линий поля Графическое изображение взаимодействия заряд Магнит

15

магнитное поле Магнитное поле материально. Стальные опилки располагаются в магнитном поле вдоль магнитных силовых линий. За направление силовых линий магнитного поля принято направление, указываемое северным полюсом магнитной стрелки.

16

Подведем итог:

19

N S

20

S N s N s N N s

21

s N S N

2. Поток вектора напряженности. Теорема Остроградского Гаусса

Линии напряженности
электростатического поля проводятся
так, что их густота через единичную
перпендикулярную площадку пропорциональна
модулю вектора
.

Тогда
для элементарной площадки
,
через которую проходят линии напряженности,
можно ввести такую характеристику, какпоток
вектора напряжённости электростатического
поля

– СФВ, характеризующая интенсивность
электростатического поля и численно
равная скалярному произведению векторов


и

,

где
α
– угол между положительной нормалью
к площадке и вектором напряженности(рис. 11).

Для
произвольной замкнутой поверхности S
поток вектора напряжённости через эту
поверхность

,

Единицы измерения
потока  = В∙м.

В зависимости от
угла α,
поток может быть:

1. максимальный (Ф
   = max),
   если α
   = 0;

2. положительный
   (Ф
   > 0), если 0 α

3. равен нулю (Ф
   = 0), если α
   = 90º;

4. отрицательный
   (Ф
   α

Принято
считать поток вектора,
выходящий из поверхности, положительным,
а входящий – отрицательным (рис. 12, а).Если
замкнутая поверхность не охватывает
заряда, то поток сквозь неё равен 0, так
как число линий напряжённости, входящих
в поверхность, равно числу линий,
выходящих из неё.
(рис. 12, б).

Теорема
Остроградского – Гаусса определяет Ф_Е
через любую замкнутую поверхность и
применяется для расчета напряженности
электростатического поля в случае
большого количества зарядов, обладающих
симметрией.

Теорема
Остроградского — Гаусса:
поток вектора
напряжённости электростатического
поля сквозь произвольную замкнутую
поверхность равен отношению алгебраической
суммы зарядов, охваченных этой
поверхностью, к ε ε

. (2.4)

Если заряженное
тело находится в вакууме или в воздухе,
диэлектрическая проницаемость которых
ε
= 1, то в дальнейших выводах мы ее опускаем.

Методика
расчёта полей с помощью теоремы
Остроградского — Гаусса приводится в
разделе 2.2.2.

Задачи
данного параграфа посвящены нахождению
напряжённости электростатического
поля, причем используемые методы расчёта
зависят от того, как распределены заряды,
создающие поле.

Основные
типы задач этого раздела:

• поле
  образовано одним или несколькими
  точечными зарядами (раздел 2.2.1);

• поле
  создано заряженными: бесконечно длинным
  цилиндром (нитью), бесконечной плоскостью,
  сферой, шаром (раздел 2.2.2);

• поле
  создано заряженным телом простой
  формы, не являющимся бесконечно
  цилиндром (нитью), бесконечной плоскостью,
  сферой, шаром (раздел 2.2.3).

Презентация на тему Давайте вспомним Что такое электрическое поле Назовите основные свойства электростатического поля. Чем порождается электрическое поле Что называется. Транскрипт

1

Давайте вспомним! Что такое электрическое поле? Назовите основные свойства электростатического поля. Чем порождается электрическое поле? Что называется напряжённостью электрического поля? Какое электрическое поле называется однородным? Как можно получить однородное электрическое поле? Как направлены силовые линии однородного электрического поля? Как рассчитать напряжённость электрического поля, созданного точечным зарядом?

2

Проводники и диэлектрики в электростатическом поле

3

План лекции: 1.Проводники и диэлектрики. 2. Проводники в электростатическом поле. 3. Диэлектрики в электростатическом поле. Два вида диэлектриков. 4.Диэлектрическая проницаемость.

4

вещества по проводимости проводники это вещества, которые проводят электрический ток есть свободные заряды диэлектрики это вещества, которые не проводят электрический ток нет свободных зарядов

5

Строение металлов Последний электрон слабо притягивается к ядру т.к.: 1. далеко от ядра электронов отталкивают одиннадцатый Na Вывод: последний электрон отрывается от ядра и становится свободным

6

Строение металлов

8

Металлический проводник в электростатическом поле Е внешн. Е внутр. Е внешн.= Е внутр. —

9

Металлический проводник в электростатическом поле Е внешн.= Е внутр. Е общ =0 ВЫВОД: Внутри проводника электрического поля нет. Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности.

10

Строение диэлектрика строение молекулы поваренной соли NaCl электрический диполь- совокупность двух точечных зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку. Na Cl

11

Строение полярного диэлектрика + —

12

Диэлектрик в электрическом поле Е внеш. Е внутр. + — Е внутр.

13

Диэлектрическая проницаемость среды Е ЕоЕо -напряжённость электрического поля в вакууме -напряжённость электрического поля в диэлектрике -диэлектрическая проницаемость среды = ЕоЕо Е

14

В справочник: Закон Кулона: Напряжённость электрического поля, созданного точечным зарядом: q 1 q 2 r 2 q r 2

15

Что такое микроволны? В бытовых микроволновых печах используются электромагнитные волны, частота которых составляет 2450 МГц- микроволны. В таких микроволнах электрическое поле 2· раз в секунду меняет своё направление.

16

2450 МГц Микроволновка: частота микроволн 2450 МГц Н20Н20

17

Как микроволны нагревают пищу? Нагрев продуктов происходит за счет двух физических механизмов: 1. прогрева микроволнами поверхностного слоя 2. последующего проникновения тепла в глубину продукта за счет теплопроводности.

18

мобильный телефон GSM класс мобильный телефон GSM класс микроволновка мощность, Вт частота, МГц прибор

Силовые линии

Коль скоро электрическое поле является векторным, его можно изображать в различных точках стрелками, как это сделано на рис. 22.13. Направления векторов Еа, Еb, Ес совпадали бы с направлениями показанных на этом рисунке сил и лишь длина их была бы уже иной в результате деления на q. Отношение длин векторов Еа, Еb, Ес сохранится прежним, так как мы делим на один и тот же заряд. Однако изображать электрическое поле таким образом неудобно, поскольку при большом числе точек весь рисунок будет испещрен стрелками. Поэтому пользуются другим способом изображения поля-методом силовых линий.

Для наглядного представления электрического поля его изображают семейством линий, указывающих направление напряженности поля в каждой точке пространства.
Эти так называемые силовые линии проводятся так, чтобы указывать направление силы, действующей в данном поле на положительный пробный заряд. Силовые линии точечного положительного заряда показаны на рис. 22.20, а, отрицательного — на рис. 22.20,6.
В первом случае линии радиально расходятся от заряда, во втором они радиально сходятся к заряду. Именно в таком направлении будут
действовать силы на положительный пробный заряд. Конечно, силовые линии можно нанести и в промежутках между изображенными на рисунке

Но мы условимся наносить силовые линии с таким расчетом, чтобы число линий, исходящих от положительного заряда или заканчивающихся на отрицательном заряде, было пропорционально величине этого заряда.
Обратим внимание на то, что вблизи заряда, где сила максимальна, линии расположены более тесно. Это общее свойство силовых линий: чем теснее расположены силовые линии, тем сильнее электрическое поле в этой области

Вообще говоря, можно всегда изображать силовые линии таким образом, чтобы число линий, пересекающих единичную площадку,
перпендикулярную направлению поля Е, было пропорционально напряженности электрического поля. Например, для уединенного точечного заряда (рис. 22.20) напряженность электрического поля убывает как 1/r 2; так же будет уменьшаться с расстоянием и число равномерно распределенных силовых линий, пересекающих единичную площадку: ведь общее число силовых линий остается
постоянным, а площадь поверхности, через которую они проходят, растет как 4πr 2 (поверхность сферы радиусом
г). Соответственно число силовых линий на единицу площади пропорционально 1/r 2.

На рис. 22.21, а показаны силовые линии поля, создаваемого двумя зарядами противоположных знаков. Здесь силовые линии искривлены и направлены от положительного заряда к отрицательному. Поле в любой точке направлено по касательной к силовой линии, как показано
стрелкой в точке Р.
На рис. 22.21,6 и в показаны силовые линии электрического поля двух положительных зарядов и поля между двумя параллельными
противоположно заряженными пластинами. Заметим, что силовые линии поля между пластинами параллельны и расположены на равном расстоянии друг от друга, исключая область вблизи краев.

Таким образом, в центральной области напряженность электрического поля во всех точках одинакова, и мы можем написать:Е = const (между близко расположенными параллельными пластинами).
Хотя вблизи краев это не так (силовые линии изгибаются), часто этим можно пренебречь, особенно если расстояние между пластинами мало по сравнению с их размерами. .

Итак, силовые линии обладают следующими свойствами:

1. Силовые линии указывают направление напряженности электрического поля: в любой точке напряженность поля направлена по касательной к силовой линии.

2. Силовые линии проводятся так, чтобы напряженность электрического поля Е была пропорциональна числу линий, проходящих через единичную площадку, перпендикулярную линиям.

3. Силовые линии начинаются только на положительных зарядах и заканчиваются только на отрицательных зарядах; число линий, выходящих из заряда или входящих в него, пропорционально величине заряда.

Можно также сказать, что силовая линия электрического поля — это траектория, по которой следовал бы помещенный в поле малый пробный заряд. (Строго говоря, это верно лишь в том случае, если пробный заряд не обладает инерцией или движется медленно, например вследствие
трения.)
Силовые линии никогда не пересекаются. (Если бы они пересекались, это означало бы, что в одной и той же точке напряженность электрического поля имеет два различных направления, что лишено смысла.)

Электрическое поле

Закон Кулона, изученный на прошлом уроке, был установлен экспериментально и справедлив для покоящихся заряженных тел. Каким же образом происходит взаимодействие заряженных тел на расстоянии? До некоторых пор при изучении электрических взаимодействий бок о бок развивались две принципиально разные теории: теория близкодействия и теория дальнодействия (действия на расстоянии).

Теория близкодействия заключается в том, что заряженные тела взаимодействуют друг с другом посредством промежуточного звена (например, цепь в задаче о поднятии ведра из колодца является промежуточным звеном, посредством которого мы воздействуем на ведро, то есть поднимаем его).

Теория дальнодействия гласит, что заряженные тела взаимодействуют через пустоту. Шарль Кулон придерживался именно этой теории и говорил, что заряженные тела «чувствуют» друг друга. В начале XIX века конец спорам положил Майкл Фарадей (рис. 1). В работах, связанных с электрическим полем, он установил, что между заряженными телами существует некий объект, который и осуществляет действие заряженных тел друг на друга. Работы Майкла Фарадея были подтверждены Джеймсом Максвеллом (рис. 2). Он показал, что действие одного заряженного тела на другое распространяется за конечное время, таким образом, между заряженными телами должно существовать промежуточное звено, через которое осуществляется взаимодействие.

Рис. 1. Майкл Фарадей (Источник)

Рис. 2. Джеймс Клерк Максвелл (Источник)

Определение: Электрическое поле – это особая форма материи, которая создается покоящимися зарядами и определяется действием на другие заряды.