В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов остается. Закон сохранения электрического заряда

При электризации тел выполняется закон сохранения электрического заряда . Этот закон справедлив для замкнутой системы. В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной . Если заряды частиц обозначить через q 1 , q 2 и т.д., то

q 1 + q 2 + q 3 + … + q n = const.

Основной закон электростатики – закон кулона

Если расстояние между телами во много раз больше их размеров, то ни форма, ни размеры заряженных тел существенно не влияют на взаимодействия между ними. В таком случае эти тела можно рассматривать как точечные.

Сила взаимодействия заряженных тел зависит от свойств среды между заряженными телами.

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Эту силу называют кулоновской.

|q 1 | и |q 2 | - модули зарядов тел,

r – расстояние между ними,

k – коэффициент пропорциональности.

F - сила взаимодействия

Силы взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел направлены вдоль прямой, соединяющей эти тела.

Единица электрического заряда

Единица силы тока – ампер.

Один кулон (1 Кл) – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А

g [Кулон=Кл]

е=1,610 -19 Кл

-электрическая постоянная

БЛИЗКОДЕЙСТВИЕ И ДЕЙСТВИЕ НА РАССТОЯНИИ

Предположение о том, что взаимодействие между удаленными друг от друга телами всегда осуществляется с помощью промежуточных звеньев (или среды), передающих взаимодействие от точки к точке, составляет сущность теории близкодействия. Распр. с конечной скоростью.

Теория прямого действия на расстоянии непосредственно через пустоту. Согласно этой теории действие передается мгновенно на сколь угодно большие расстояния.

Обе теории являются взаимно противоположными друг другу. Согласно теории действия на расстоянии одно тело действует на другое непосредственно через пустоту и это действие передается мгновенно.

Теория близкодействия утверждает, что любое взаимодействие осуществляется с помощью промежуточных агентов и распространяется с конечной скоростью.

Существования определенного процесса в пространстве между взаимодействующими телами, который длится конечное время, - вот главное, что отличает теорию близкодействия от теории действия на расстоянии.

Согласно идее Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый из них создает в окружающем пространстве электрическое поле. Поле одного заряда действует на другой заряд, и наоборот. По мере удаления от заряда поле ослабевает.

Электромагнитные взаимодействия должны распространятся в пространстве с конечной скоростью.

Электрическое поле существует реально, его свойства можно исследовать опытным путем, но мы не можем сказать из чего это поле состоит.

О природе электрического поля можно сказать, что поле материально; оно сущ. независимо от нас, от наших знаний о нем;

Поле обладает определенными свойствами, которые не позволяют спутать его с чем-либо другим в окружающем мире;

Главное свойство электрического поля – действие его на электрические заряды с некоторой силой;

Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим . Оно не меняется со временем. Электростатическое поле создается только электрическими зарядами. Оно существует в пространстве, окружающем эти заряды, и неразрывно с ним связано.

Напряженность электрического поля.

Отношение силы, действующей на помещенный в данную точку поля заряд, к этому заряду для каждой точки поля не зависит от заряда и может рассматриваться как характеристика поля.

Напряженность поля равна отношению силы, с которой поле действует на точечный заряд, к этому заряду.


Напряженность поля точечного заряда.

.

Модуль напряженности поля точечного заряда q o на расстоянии r от него равен:

.

Если в данной точке пространства различные заряженные частицы создают электрические поля, напряженности которых и т. д., то результирующая напряженность поля в этой точке равна:

СИЛОВЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛ.

НАПРЯЖЕННОСТЬ ПОЛЯ ЗАРЯЖЕННОГО ШАРА

Электрическое поле, напряженность которого одинакова во всех точках пространства, называется однородным.

Густота силовых линий больше вблизи заряженных тел, где напряженность поля также больше.

-напряженность поля точечного заряда.

Внутри проводящего шара (r > R) напряженность поля равна нулю.

ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ.

В проводниках имеются заряженные частицы, способные перемещаться внутри проводника под влиянием электрического поля. Заряды этих частиц называют свободными зарядами.

Электростатического поля внутри проводника нет. Весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности. Заряды в проводнике могут располагаться только на его поверхности.

В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной.
(... но, не числа заряженных частиц, т.к. существуют превращения элементарных частиц).

Замкнутая система
- система частиц, в которую не входят извне и не выходят наружу заряженные частицы.

Закон Кулона - основной закон электростатики.


Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна
произведению модулей заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Когдатела считаются точечными ? - если расстояние между ними во много раз больше размеров тел.
Если у двух тел есть электрические заряды, то они взаимодействуют по закону Кулона.
Единица электрического заряда
1 Кл - заряд, проходящий за 1 секунду через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А.
1 Кл - очень большой заряд.
Элементарный заряд:

Таким образом, сила Кулона зависит от свойств среды между заряженными телами.

БЛИЗКОДЕЙСТВИЕ И ДАЛЬНОДЕЙСТВИЕ

Теория близкодействия - определяет вхзаимодействие между заряженными телами
с помощью промежуточной среды (посредством электрического поля - Фарадей, Максвелл).

Теория действия на расстоянии - взаимодействие между заряж. телами, передается мгновенно
на любые расстояния через пустоту.
Победила ТЕОРИЯ БЛИЗКОДЕЙСТВИЯ!!

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
- существует вокруг электрического заряда, материально.
О сновное свойство электрического поля: действие с силой на эл.заряд, внесенный в него.
Электростатическое поле - поле неподвижного эл.заряда, не меняется со временем.
Напряженность электрического поля. - количественная характеристика эл. поля.
- это отношение силы, с которой поле действует на внесенный точечный заряд к величине этого заряда.
- не зависит от величины внесенного заряда, а характеризует электрическое поле!

Направление вектора напряженности
совпадает с направлением вектора силы, действующей на положительный заряд,
и противоположно направлению силы, действующий на отрицательный заряд.

Напряженность поля точечного заряда:


где q0 - заряд, создающий электрическое поле.
В любой точке поля напряженность направлена всегда вдоль прямой, соединяющей эту точку и q0.

ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ (НАЛОЖЕНИЯ) ПОЛЕЙ

Если в данной точке пространства различные электрически заряженные частицы 1, 2, 3... и т.д.
создают электрические поля с напряженностью Е1, Е2, Е3 ... и т.д., то результирующая напряженность
в данной точке поля равна геометрической сумме напряженностей.

Силовые линии эл. поля - непрерывные линии, касательными к которым являются векторы
напряженности эл.поля в этих точках.
Однородное эл.поле - напряженность поля одинакова во всех точках этого поля.
Свойства силовых линий: не замкнуты (идут от + заряда к _), непрерывны, не пересекаются,
их густота говорит о напряженности поля (чем гуще линии, тем больше напряженность).

Графически надоуметь показать эл.поля: точечного заряда, двух точечных зарядов, обкладок
конденсатора (в учебнике есть).

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
заряженного шара.

Есть заряженный проводящий шар радиусом R.

Заряд равномерно рапределен лишь по поверхности шара!
Н апряженность эл. поля снаружи:

внутри шара Е = 0

ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Электростатическое поле - эл.поле, образованное неподвижными электрическими зарядами.
Свободные электроны - электроны, способные свободно перемещаться внутри проводника
(в основном в металлах) под действием эл. поля;
образуются при образовании металлов: электроны с внешних оболочек атомов утрачивают связи
с ядрами и начинают принадлежать всему проводнику;


- участвуют в тепловом жвижении и могут свободно перемещаться по всему проводнику.
Электростатическое поле внутри проводника
- внутри проводника электростатического поля нет (Е = 0), что справедливо для заряженного
проводника и для незаряженного проводника, внесенного во внешнее электростатическое поле.Почему? - т.к. существуетявление электростатической индукции, т.е.
явление разделения зарядов в проводнике, внесенном в электростатическое поле (Евнешнее)


с образованием нового электростатического поля (Евнутр.) внутри проводника.
Внутри проводника оба поля (Евнешн. и Евнутр.) компенсируют друг друга, тогда внутри проводника
Е = 0.
Заряды можно разделить.


Электростатическая защита


- металл. экран, внутри которого Е = 0, т.к. весь заряд будет сосредоточен на поверхности проводника.
Электрический заряд проводников
- весь статический заряд проводника расположен на его поверхности, внутри проводника q = 0;
- справедливо для заряженных и незаряженных проводников в эл.поле.
Линии напряженности эл.поля в любой точке поверхности проводника перпендикулярны этой поверхности.

ДИЭЛЕКТРИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Внутри диэлектрика может существовать электрическое поле!

Электрические свойства нейтральных атомов и молекул:
Нейтральный атом -положительный заряд (ядро) сосредоточен в центре;
- отрицательный заряд - электронная оболочка;
считается, что из-за большой скорости движения
электронов по орбитам центр распределения отрицательного заряда совпадает с центром атома.
Молекула - чаще всего - это система ионов с зарядами противоположных знаков,
т.к. внешние электроны слабо связаны с ядрами и могут переходить к другим атомам.
Электрический диполь - молекула, в целом нейтральная, но центры распределения
противоположных по знаку зарядов разнесены; рассматривается, как совокупность
двух точечных зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку,
находящихся внутри молекулы на некотором расстоянии друг от друга.
2 вида диэлектриков ( различаются строением молекул) :
1)полярные - молекулы, у которых центры положительного и отрицательного зарядов
не совпадают (спирты, вода и др.);

2)неполярные - атомы и молекулы, у которых центры распределения зарядов совпадают
(инертные газы, кислород, водород, полиэтилен и др.).

ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Смещение положительного и отрицательного зарядов в противоположные стороны,
т.е.ориентация молекул.

Поляризация полярных диэлектриков
Диэлектрик вне эл.поля - в результате теплового движения электрические диполи ориентированы
беспорядочно на поверхности и внутри диэлектрика.
q = 0 и Eвнутр = 0
Диэлектрик в однородном эл.поле - на диполи действуют силы, создают моменты сил
и поворачивают диполи вдоль силовых линий эл.поля.


НО ориентация диполей - только частичная, т.к. мешает тепловое движение.
На поверхности диэлектрика возникают связанные заряды, а внутри диэлектрика заряды диполей
компенсируют друг друга.
Таким образом, средний связанный заряд диэлектрика = 0.
Поляризация неполярных диэлектриков - тоже поляризуются в эл.поле:
положительные и отрицательные заряды молекул смещаются,


центры распределения зарядов перестают совпадать (как диполи),
на поверхности диэлектрика возникает связанный заряд, а внутри эл.поле лишь ослабляется


Ослабление поля зависит от свойств диэлектрика.

РАБОТА ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ

ПО ПЕРЕМЕЩЕНИЮ ЗАРЯДА

Электростатическое поле - эл. поле неподвижного заряда.
Fэл, действующая на заряд, перемещает его, совершая раборту.
В однородном электрическом поле Fэл = qE - постоянная величина


Работа поля (эл. силы)не зависит от формы траектории и на замкнутой траектории = нулю.

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО ТЕЛА

В ОДНОРОДНОМ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Электростатическая энергия - потенциальная энергия системы заряженных тел
(т.к. они взаимодействуют и способны совершить работу).

Так как работа поля не зависит от формы траектории, то одновременно

Сравнивая формулы работы, получим
потенциальную энергию заряда в однородном электростатическом поле


Если поле совершает положительную работу (вдоль силовых линий), то потенциальная энергия
заряженного тела уменьшается (но согласно закону сохранения энергии увеличивается кинетическая
энергия) и наоборот.

ПОТЕНЦИАЛ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Энергитическая характеристика эл. поля.
- равен отношению потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду.
- скалярная величина, определяющая потенциальную энергию заряда в любой точке эл. поля.


Величина потенциала считается относительно выбранного нулевого уровня.

РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ

(или иначе НАПРЯЖЕНИЕ)

Это разность потенциалов в начальной и конечной точках траектории заряда.


Напряжение между двумя точками (U) равно разности потенциалов этих точек
и равно работе поля по перемещению единичного заряда.

СВЯЗЬ МЕЖДУ НАПРЯЖЕННОСТЬЮ ПОЛЯ И РАЗНОСТЬЮ ПОТЕНЦИАЛОВ


Чем меньше меняется потенциал на отрезке пути, тем меньше напряженность поля.
Напряженность эл. поля направлена в сторону уменьшения потенциала.

ЭКВИПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ПОВЕРХНОСТИ
- поверхности, все точки которых имеют одинаковый потенциал


для однородного поля............................................для поля точечного заряда
- плоскость................................................................концентрические сферы
Эквипотенциальная поверхность имеетсяу любого проводника в электростатическом поле,
т.к. силовые линии перпендикулярны поверхности проводника.
Все точки внутри проводника имеют одинаковый потенциал (=0).
Напряженность внутри проводника = 0, значит и разность потенциалов внутри = 0.

ЭЛЕКТРОЕМКОСТЬ
- характеризует способность двух проводников накапливать электрический заряд.
- не зависит от q и U.
- зависит от геометрических размеров проводников, их формы, взаимного расположения,
электрических свойств среды между проводниками.


Единицы измерения в СИ: (Ф - фарад)

КОНДЕНСАТОРЫ

Электротехническое устройство, накапливающее заряд
(два проводника, разделенных слоем диэлектрика).


где d много меньше размеров проводника.
Обозначение на электрических схемах:


Все электрическое поле сосредоточено внутри конденсатора.
Заряд конденсатора - это абсолютное значение заряда одной из обкладок конденсатора.

Виды конденсаторов:
1. по виду диэлектрика: воздушные, слюдяные, керамические, электролитические
2. по форме обкладок: плоские, сферические.
3. по величине емкости: постоянные, переменные (подстроечные).

Электроемкость плоского конденсатора


где S - площадь пластины (обкладки) конденсатора
d - расстояние между пластинами
eо - электрическая постоянная
e - диэлектрическая проницаемость диэлектрика

Включение конденсаторов в электрическую цепь

параллельное..............................и..................................последовательное


Тогда С общая при
параллельном включении.............................................при последовательном включении

. .....................................................

ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО КОНДЕНСАТОРА

Конденсатор - это система заряженных тел и обладает энергией.
Энергия любого конденсатора:

Где С - емкость конденсатора
q - заряд конденсатора
U - напряжение на обкладках конденсатора
Энергия конденсатора равна работе, которую совершит электрическое поле при сближении пластин конденсатора вплотную,
или равна работе по разделению положительных и отрицательных зарядов, необходимой при зарядке конденсатора.

ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ КОНДЕНСАТОРА

Энергия конденсатора приблизительно равна квадрату напряженности эл. поля внутри конденсатора.
Плотность энергии эл. поля конденсатора:

ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц (свободных электронов или ионов).
При этом через поперечное сечение проводника перносится эл. заряд (при тепловом движении заряженных частиц суммарный перенесенный эл. зпряд = 0, т.к. положительные и отрицательные заряды компенсируются).

Направление эл. тока - условно принято считать направление движения положительно заряженных частиц (от + к -).

Действия эл. тока (в проводнике):

тепловое - нагревание проводника (кроме сверхпроводников);
химическое - проявляется только у электролитов, На электродах выделяются вещества, входящие в состав электролита;
магнитное (основное) - наблюдается у всех проводников (отклонение магнитной стрелки вблизи проводника с током и силовое действие тока на соседние проводники посредством магнитного поля).

z:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 2\content\chapter1\section\paragraph2\theory.htmlz:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 2\content\chapter1\section\paragraph2\theory.htmlz:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 2\design\images\ring_h.gifq 1 +q 2 +q 3 + +q n = const. (1.1)

Закон сохранения электрического заряда утверждает, что в замкнутой системе тел не могут наблюдаться процессы рождения или исчезновения зарядов только одного знака. Наличие носителей зарядов является условием того, что тело проводит электрический ток. В зависимости от способности проводить электрический ток, тела делятся на: проводники, диэлектрики и полупроводники.

Проводники – тела, в которых электрический заряд может перемещаться по всему его объёму. Проводники делятся на две группы:

1) проводники первого рода (металлы) – перенос в них электрических зарядов (свободных электронов) не сопровождается химическими превращениями;

2) проводники второго рода (расплавы солей, растворы солей и кислот и другие) – перенос в них зарядов (положительно и отрицательно заряженных ионов) ведёт к химическим изменениям.

Диэлектрики (стекло, пластмасса) – тела, которые не проводят электрический ток и в них практически отсутствуют свободные заряды.

Полупроводники – занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Их проводимость сильно зависит от внешних условий (температура, ионизирующее излучение и т.д.). В Международной системе СИ за единицу заряда принят кулон (Кл)

Электрический заряд, проходящий через попереч­ное сечение

проводника при силе тока 1 А за время 1 с.

z:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 2\content\chapter1\section\paragraph2\theory.html z:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 2\content\chapter1\section\paragraph2\theory.htmlz:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 2\content\chapter1\section\paragraph2\theory.htmlz:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 2\design\images\ring_h.gif 1.2. ЗАКОН КУЛОНА.

Точечным называется заряд, сосредоточенный на теле, линейные раз­меры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других заряжен­ных тел, с которыми он взаимодействует. Понятие точечного заряда, как и материаль­ной точки, является физической абстракцией.

Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними: F = (1/4πεε 0)(q 1 q 2 /r 2), (1.2)

где ε 0 = 8,85 10 -12 (Кл 2 /Н.м 2) –электрическая постоянная.

Величина, показывающая во сколько раз сила взаимодействия зарядов в вакууме больше, чем в среде, называетсядиэлектрической проницаемостью среды ε .

Кулоновские силы - центральные, т.е. они направлены по линии соединения центра зарядов. Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона:F 1 = -F 2 . (1.3)

Они являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках. Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Раздел электродинамики, изучающий кулоновское взаимодействие, называют электростатикой.

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ.

НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ.

По современным представлениям, электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждое заряженное тело создает в окружающем пространстве электрическое поле. Это поле оказывает силовое действие на другие заряженные тела. Таким образом, взаимодействие заряженных тел осуществляется не непосредственным их воздействием друг на друга, а через электрические поля, окружающие заряженные тела.

Напряженностью электрического поля называют физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку пространства, к величине этого заряда:

E = F/q. (1.4).

Рис. 2. Силовые линии кулоновских полей.

Направление вектора напряженности совпадает с направлением Кулоновской силы, действующей на положительный заряд.

Графически электростатическое поле изображают с помощью линий напряженности - линий, касательные к которым в каждой точке пространства совпадают с направлением напряженности.

Величина dФ E = E n dS (1.5)

называется потоком вектора напряженности через площадку dS. Для произвольной замкнутой поверхности S поток вектораE через эту поверхность: Ф E = ò S E n dS, (1.6.)

где интеграл берется по замкнутой поверхности S.

Поток вектора Е является алгебраической величиной и зависит не только от конфигурации поля Е , но и от выбора направления.

1.z:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 2\design\images\Fwd_h.gifz:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 2\design\images\Bwd_h.gifz:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 2\design\images\Fwd_h.gifz:\Program Files\Physicon\Open Physics 2.5 part 2\design\images\Bwd_h.gif4. ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ. ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ.

E = S E i . (1.7.)

Согласно принципу суперпозиции электростатических полей, напряженность результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равна геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности E = S E i . (1.7.)

ЗАДАЧИ ЭЛЕКТРОСТАТИКИ.

Задачи сводятся к нахождению характеристик поля по заданному pасположению заpядов в пpостpанстве на основании закона Кулона и пpинципа супеpпозиции полей. В случае непpеpывного pаспpеделения заpядов по телам, их можно свести к системе точечных заpядов. Для этого достаточно заpяженные тела pазбить на бесконечно малые части.

ПОЛЕ ДИПОЛЯ.

Рис. 6. Поле диполя.

Электрический диполь - система двух равных по модулю разноименных точечных зарядов. Вектор, направленный по оси диполя, от отрицательного заряда к положительному и равный расстоянию между ними, называют плечом диполяl. Вектор p = |q|.l (1.8)

совпадающий, по направлению с плечом диполя и равный произведению заряда на плечо, называется электрическим моментом диполя или дипольным моментом.

1) Напряженность поля на продолжении оси диполя в точке А . равна

E A = E + - E - Обозначив расстояние от точки А до середины диполя через r , на основании формулы Кулона для вакуума, получим:

E = 1/(4pe 0) =

= q/(4pe 0){[(r + l/2) 2 - (r - l/2) 2 ]/ [(r - l/2) 2 (r + l/2) 2 ]} (1.9.)

согласно определению диполя, l/2 << r, поэтому

E = 1/(4pe 0).(2ql/r 3) = 1/(4pe 0)(p/r 3). (1.10.)

2) Напряженность поля на перпендикуляре, восстановленном к оси диполя из его середины, в точке В . Точка В равноудалена от зарядов, поэтому

E + = E - = 1/(4pe 0) = 1 Кл), кулон – производная единица измерения.

1 Кулон - это электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1А за время 1 сек.

- [м], - [кг], -[сек], [ I ]-, - K ,

1Кл = 2,998 ·10 9 СГСЭ единиц заряда; или 1СГСз = 1/3·10 -9 Кл, e = +1,6·10 -19 Кл.

СГСЭ система - (см, г, с и СГСЭ единица заряда) называется абсолютной электростатической системой единиц.

СГСЭ единица заряда это такой заряд, который взаимодействует в вакууме с равным ему и находящимся на расстоянии 1 см зарядом с силой в 1 дину.

Элементарный заряд равен: e =+1,6·10 -19 Кл = 4,80·10 -10 СГСЭ - единиц заряда.

В СИ единицей силы служит ньютон (Н), 1Н= 10 5 дин .


"Если я хочу в каком-либо теле увеличить количество электрической материи, я должен

неизбежно взять ее вне него и, следовательно, умень­шить ее в каком-либо другом теле".

Эпинус

III. Вопросы:

1. Почему зимой электризация тел значительнее, чем летом?

2. Почему повышение среднемесячной температуры воздуха в тропиках, например всего на 2 0 С (с 25 до 27°С), приводит к росту грозовой активности в 100 раз?

3. Если бы электрон был нестабильной частицей, то сохранялся бы элек­трический заряд или нет?

4. Почему при переливании бензина из одной цистерны в другую он может воспламениться, если не принять специальных мер предосторожности?

5. Какими способами можно предотвратить возгорание горючего при его переливании из одной емкости в другую? (Повышение электропроводности бензина, фильтры из разных материалов, металлизация шланга, повышение влажности воздуха, заземление.)

Задачи:

1. Эбонитовая палочка получила заряд –1,6· 10 –6 Кл. Определите число избыточных электронов на ней.

2. В результате трения с поверхности стеклянной палочки было удалено 6,4∙10 12 электронов. Определить электрический заряд на палочке. На сколько килограмм уменьшилась масса палочки?

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ: Эффект электризации наблюдается у водопадов, в пещерах и на берегу моря. Вблизи водопадов в воздухе отношение концентрации отрицательных ионов к концентрации положительных достигает 6, у берега моря 1/2. Почему?

IV. § 31-34 Упр. 7 № 1.

1. Изготовить набор по электризации.

2. Подготовить пятиминутное сообщение о жизни и научной деятельности Б.Франклина.

3. Если некоторый объем води замораживать с одной стороны, то на гра­нице "лед - вода" возникает напряжение. Измерьте его и объясните явление.

4. Составить обобщающую таблицу "Электризация тел", используя рисунки, чертежи и текстовый материал.

"Отталкивательное, так же как и притягательное дейст­вие двух наэлектризованных шаров, а, следовательно, и двух электрических молекул, прямо пропорционально плотности электрического флюида обеих электрических молекул и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними"



Ш. Кулон


Урок 2. ЗАКОН КУЛОНА

Цель урока: Выяснить характер зависимости кулоновской силы от величины зарядов и ра стояния между ними.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование: модель "крутильные весы", весы чувствительные с принадлежностями, выпрямитель высоковольтный, обобщающая таблица "Закон Кулона".

План урока:

2. Опрос 10 мин

3. Объяснение 20 мин

4. Закрепление 10 мин

5. Задание на дом 2-3 мин

II. Опрос фундаментальный:

1. Электрический заряд.

2. Электризация тел.

3. Закон сохранения электрического заряда.

Задачи:

1. Два металлических шарика с одноименными, но разными по величине зарядами привели в соприкосновение. При этом заряд одного из них увеличился на 60%, а заряд другого уменьшился на 40%. Найти отношение начальных зарядов шаров.

2. Какой электрический заряд приобрел бы железный шарик радиуса 1 см, если у каждого атома железа удалить по одному электрону?

Вопросы:

1. Можно ли на концах стеклянной палочки получить два одновременно существующих разноименных заряда?

2. Если резиновой трубкой (шлангом) ударить по столу, то она элек­тризуется. Почему?

3. Предложите как можно больше способов, позволяющих очистить одежду от пыли.

4. Зачем бензовозам нужна толстая цепь, которая соединяет их корпус с землей?

5. Почему электризуются капли воды при её дроблении (водопады, душ)?

III. Основной закон электростатики – закон взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел в вакууме. Понятие точечного заряда. Устройство крутильных весов (демонстрация модели). Опыты Кулона. Закон Кулона (1785 г).

"Сегодня я предъявляю Академии электрические весы. Они измеряют с наивысшей точностью электрическое состояние и электрическую силу тела, как бы мала не была степень его электризации". Шарль Кулон

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ: Момент М упругих сил, возникающих при закручивании нити, прямо пропорционален углу закручивания нити , и связаны эти величины формулой: , где - длина нити, - ее диаметр, С – коэффициент, зависящий от свойств нити.

Два точечных заряда взаимодействуют друг с другом в вакууме с силой F, величина которой пропорциональна произведению зарядов q 1 и q 2 и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Экспериментальная проверка закона Кулона (демонстрация с чувствительными весами). Центральный характер кулоновских сил.

Единица электрического заряда в СИ (повторение). Если бы нам удалось два точечных заряда по 1 Кл поместить на расстояние 1 м друг от друга, то электрическая сила оказалась бы равной 9∙10 9 Н.

Этот факт, несмотря на огромную величину силы, дает нам возможность определить коэффициент пропорциональности в формуле закона Кулона: k = 9·10 9 Н·м 2 /Кл 2 .

Формула закона Кулона в СИ:

Экспериментальная проверка формулы закона Кулона: измерение кулонометром электрического заряда шариков и выяснение зависимости кулоновской силы от величины заряда шариков и расстояния между ними.

Обобщающее повторение по таблице "Закон Кулона".

IV. Задачи:

1. С какой силой взаимодействуют два заряда по 10 нКл, находящиеся на расстоянии 3 см друг от друга?

2. На каком расстоянии друг от друга электрические заряды 1 мкКл и 10 нКл взаимодействуют с силой 9 мН?

3. Какую массу должен был бы иметь протон для того, чтобы сила электростатического отталкивания двух протонов уравновешивалась силой их гравитационного притяжения?

4. На каком расстоянии сила электростатического отталкивания двух протонов уравновешивается силой их гравитационного притяжения (зада­ча-провокация)?

V. § 35-36. Упр. 7, № 2, 3

1. Подготовить пятиминутное сообщение о жизни и научной деятельности Ш.Кулона.

"Среди всех людей науки, принесших славу Франции, трудно было бы указать одного человека, кто с точки зрения развития земной физики мог бы хоть как-то сравниться с Кулоном".

Т.Юнг

Исследовательская работа:

Зная расстояние между центрами соседних ионов в кристалле поваренной соли, вычислите силу, необходимую для разрыва всех связей в сечении образца площадью 1 м 2 (теоретический предел прочности материала). Почему же экспериментальное значение предела прочности в 1000 раз меньше теоретического?

s экс = 4,5·10 6 Па s теор = 10 9 Па

"Мы должны знать - мы будем знать".

Гильберт


Урок 3. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ

Цель урока: Научить учащихся применять закон Кулона при решении конкретных физических задач.

Тип урока: решение задач.

Оборудование: микрокалькулятор, обобщающая таблица "Закон Кулона".

План урока:

1. Вступительная часть 1-2 мин

2. Опрос 10 мин

3. Решение задач 30 мин

4. Задание на дом 2-3 мин

II. Опрос фундаментальный:

1. Закон Кулона.

Задачи:

1. Заряды 10 и 16 нКл расположены на расстоянии 7 мм друг от друга. Какая сила будет действовать на заряд 2 нКл. помещенный в точку, удаленную на 3 мм от меньшего заряда и 4 мм от большего?

2. Два одинаковых металлических шарика заряжены так, что заряд одного из них в 5 раз больше заряда другого. Шарики привели в соприкосновение и раздвинули на прежнее расстояние. Во сколько раз изменилась по модулю кулоновская сила, если шарики были заряжены одноименно, разноименно?

3. На нить одели три бусинки и замкнули ее в петлю. Одна бусинка имеет заряд q , а остальные 3q . Бусинки могут скользить по нити без трения. В состоянии равновесия нить образует треугольник. Найти угол при основании треугольника.

Вопросы:

1. Как изменится период колебаний математического маятника, если в точку подвеса и на груз поместить одноименные заряды?

2. Укажите границы применимости закона Кулона.

3. Как изменится сила электростатического взаимодействия между двумя точечными зарядами, если расстояние между ними уменьшить в 3 раза и один из зарядов увеличить в 3 раза?

4. С какой силой действуют два одноименных и равных заряда на третий заряд, помещенный посредине между ними?

6. Почему в окружающем нас мире объекты, как правило, нейтральны?

7. Какие опыты свидетельствуют о том, что существует два вида электрических зарядов?

8. Положительно заряженную частицу подносят близко к одноименно заряженному закрепленному точечному заряду. Как зависит ускорение частицы от расстояния между зарядами?

III. Задачи:

1. С какой силой взаимодействовали бы две одинаковые капли воды на расстоянии 1 км, если бы удалось передать одной из капель 1% всех электронов, содержащихся в другой капле массой 0,3 г?

2. Два точечных заряда находятся на фиксированном расстоянии друг от друга, а их суммарный заряд равен q . Чему должен быть равен каждый заряд, чтобы действующая между ними сила была максимальна? (Задачу решить самому двумя способами: определение вершины параболы, обращение в нуль производной от функции в точке экстремума).

3. Изолированная система из двух заряженных материальных точек, расположенных на расстоянии L друг от друга, вращается по окружности относительно оси, проходящей через её центр. Массы материальных точек одинаковы и равны m, их заряды q и –q. Чему равна угловая скорость их вращения, если взаимодействие материальных точек только электростатическое?

4. Три одинаковых заряженных шарика массами m и зарядом q связаны в треугольник нитями длиной L и лежат на гладком столе. Одну из нитей пережигают. Рассчитайте ускорение шариков в начальный момент.

5. По тонкому кольцу радиуса R равномерно распределен малый заряд Q . Кольцо расположено горизонтально в вакууме, а в его центр помещен одноименный точечный заряд q . Найдите силу натяжения, возникающую в кольце.

IV. Упр. 7, № 4-6.

"Поэтому должна быть нечувствительная материя вне

электризованного тела, которая и производит эти действия…"

М.В.Ломоносов

Урок 4. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ.

Рекомендуем почитать