Subiectul electrodinamicii clasice. Câmpul electric. Intensitatea câmpului electric.
fizica secțiune studiază interacțiunea dintre particulele încărcate electric și un tip special de material generat de aceste particule - - Subiect elektrodinamiki.Elektrodinamika câmpul electromagnetic.
Electrostatică - electrodinamica secțiune, care studiază interacțiunea corpurilor încărcate nemișcat. Câmpul electric al efectuarea acestei interacțiuni se numește electrostatic.
1.1. sarcini electrice.
Metode pentru producerea de taxe. Legea conservării sarcinii electrice.
În natură, există două tipuri de sarcini electrice, numite convențional pozitive și negative. numit punct de vedere istoric sarcini pozitive, cum ar fi cele care apar în timpul frecarea de mătase de sticlă; negative - taxe, cum ar fi cele care apar în frecarea chihlimbar de blană. Acuzațiile de același semn sunt respinse una de alta, taxele de semne opuse - atrase (Figura 1.1).
În esența sa, sarcinile electrice ale atomicizate (discrete). Acest lucru înseamnă că în natură nu este cel mai mic, nu percepe taxe suplimentare divizibil, numit elementar. Cantitatea de încărcare elementară valoare absolută SI:
sarcini electrice inerente în multe particule elementare, în special electroni și protoni, care fac parte din diferitele atomi din care toate corpurile din natură construite. Totuși, trebuie remarcat faptul că, în conformitate cu ideile moderne care interacționează puternic particule - hadroni (mezoni și barionii) - sunt construite din așa-numitele cuarci - particule speciale care transportă încărcătura fracționată. Este cunoscut acum șase tipuri de cuarci - u, d, s, t, b și c - de preferat primele litere ale cuvintelor: în sus -Upper, jos inferior, -bokovoy side-way (sau -Tara ciudat), sus-vertex, de jos - -ocharovanny extremă și farmec. Acestea sunt grupate în perechi de cuarci: (u, d), (c, s), (t, b). Quark u, c, t +2/3 au o sarcină, iar taxa quarc d, s, b este egal cu - 1/3. Fiecare quarc are propria sa anticuarc. Mai mult, fiecare dintre quark poate fi într-una din cele trei culori stări (roșu, galben și albastru). Mezoni constau din două quarcuri, barioni - trei. Într-o stare liberă nu se observă cuarci. Acest lucru sugerează că taxa elementară în natură este încă un cost întreg e. În loc de o taxa fracționată a quarci. Se încarcă corpurile macroscopice formate set de sarcini elementare și este, prin urmare, un multiplu întreg al e.
Pentru experimente cu sarcini electrice folosesc diferite metode de preparare a acestora. Cel mai simplu și cel mai vechi mod - frecarea alte organisme. În acest caz, frecarea în sine nu joacă un rol fundamental. sarcini electrice apar întotdeauna atunci când suprafețele de contact strânse ale organelor în contact. Fricțiune (unguent) ajută doar pentru a elimina neregularitățile de pe suprafața corpurilor care împiedică fit lor strâns între ele în contact, prin condiții favorabile pentru transferul taxelor de la un corp la altul. Această metodă de producere a sarcinilor electrice stă la baza acțiunii unor mașini electrice, de exemplu, un generator electrostatic Van De Graaf (Van de Graaff R. 1901-1967), utilizate în fizica energiilor înalte.
O altă modalitate de a obține sarcinile electrice bazate pe fenomenul de inducție electrostatică. Esența este ilustrat în figura 1.2. Se aduce la împărțirea în două jumătăți a corpului de metal neîncărcat un alt corp (nu-l atinge), încărcat, să zicem, în mod pozitiv. Datorită deplasării unei anumite fracțiuni de existente într-un metal liber de electroni încărcați negativ, jumătatea stângă a corpului original, dobândește un exces de sarcină negativă, iar dreapta - aceeași magnitudine, dar în semn opus o sarcină pozitivă. Dacă acum, în prezența unui organism extern încărcat pentru a dizolva cele două jumătăți în afară și îndepărtați corpul încărcat, fiecare dintre ele va fi perceput. Ca rezultat, vom obține două noi corp încărcat egale în mărime și sarcini opuse.
Experiența Realizată demonstrează, de asemenea, legea de conservare a sarcinii electrice. potrivit căreia o încărcare completă * sistem izolat electric rămâne constant:
* Sistemul se numește izolat electric. în cazul în care suprafața sa, prin limitarea transferului de taxe nu este posibilă, și anume fluxul de curent electric.
În cazul nostru particular, taxa totală a corpului inițial înainte și după experimentul nu sa schimbat - au rămas la zero:
1.2. Interacțiunea de sarcini electrice.
legea lui Coulomb. legea Utilizarea lui Coulomb pentru a calcula forțele de interacțiune a organelor încărcate extinse.
Legea interacțiunii sarcinilor electrice a fost înființată în 1785 de Charles Coulomb (CoulombSh. 1736-1806). Pandantiv măsurat puterea interacțiunea a două bile mici încărcate în funcție de sarcinile și distanța dintre ele cu ajutorul balanței de torsiune special ele proiectate (Figura 1.3). Ca rezultat al experimentelor pandantiv stabilit că puterea interacțiunii dintre două sarcini punctiforme este direct proporțională cu magnitudinea fiecărei debitări și invers proporțională cu pătratul între acestea la distanță, în care direcția de acțiune a forței coincide cu linia care trece prin ambele taxa.
Cu alte cuvinte, putem scrie:
Coeficientul de proporționalitate k depinde de alegerea unităților de măsură incluse în această formulă valori:
Sistemul internațional acceptat în prezent de unități (SI), legea lui Coulomb este scris astfel sub forma:
Este necesar să subliniem încă o dată faptul că, în această formă de legea lui Coulomb este formulată numai pentru taxele de puncte, adică acele organisme încărcate, a căror mărime poate fi neglijată în comparație cu distanța dintre ele. Dacă această condiție nu este îndeplinită, legea lui Coulomb să fie scrise într-o formă diferențială pentru fiecare pereche de sarcini elementare dq1 și DQ2, care sunt corpul „rupt“ încărcat:
Apoi, forța deplină a interacțiunii macroscopice între două corpuri încărcate vor fi prezentate sub formă de:
Integrarea în această formulă se face pentru toate taxele fiecărui organism.
Exemplu. Găsiți forța F, care acționează asupra unui punct de sarcină Q de infinit extins filamentul încărcat direct (Figura 1.4). Distanta de la taxa la filamentele un filament liniar de încărcare densitatea τ.
Forța necesară F = Fx = Qτ / (2πε0a).
1.3. Câmpul electric. Intensitatea câmpului electric. Principiul superpoziției câmpurilor electrice.
Interacțiunea sarcinilor electrice se realizează printr-un tip special de particule incarcate de materie generate - câmpul electric. sarcini electrice modifica proprietățile mediul lor. Aceasta se manifestă prin faptul că forța (Figura 1.5) acționează asupra unei sarcini diferit poziționat în apropierea unui corp încărcat (l proces numesc). Magnitudinea acestei forțe poate fi judecat pe „intensitatea“ a câmpului produs de sarcină q. Pentru a forța exercitată pe un test de sarcină, caracterizat prin câmpul electric este la un anumit punct, taxa de încercare trebuie să fie în mod evident, un punct.
Figura 1.5. Prin determinarea intensității câmpului electric.
Plasarea unui QPR taxa de test de la un r distanta de taxa q (figura 1.5), constatăm că o forță acționează pe ea, a căror magnitudine
Aceasta depinde de valoarea luată taxa de testare QPR. Este ușor de văzut, cu toate acestea, că pentru toate taxele raportul de testare F / QPR este aceeași și depinde numai de valorile lui q și r. determinarea domeniului de sarcină q, la un moment dat r. Firește, cu toate acestea, să ia acest raport pentru cantitatea ce caracterizează „intensitatea“ sau, ca intensitatea câmpului electric (în acest domeniu de încărcare punct de caz):
.
Astfel, intensitatea câmpului electric este caracteristica de putere. Pult de acesta este egal cu forța care acționează asupra QPR taxa de test = 1 plasat în acest domeniu.
Intensitatea câmpului - vector. direcția sa coincide cu direcția forței care acționează asupra unei sarcini punct plasat în această casetă. Prin urmare, în cazul în care intensitatea câmpului electric pentru a pune o sarcină q punct, atunci acesta va fi o forță:
Dimensiunea câmpului electric în SI.
Câmpul electric este convenabil reprezentat prin intermediul liniilor electrice. linie de putere - o tangentă linie la un vector la fiecare punct coincide cu direcția câmpului electric în acest punct. Se crede că liniile de câmp începe la sarcini pozitive și se termină la negativ (sau du-te la infinit), și niciodată întrerupt. Exemple de unele dintre liniile de forță ale câmpului electric sunt prezentate în figura 1.6.
Figura 1.6. Exemple de imagini ale câmpurilor electrice prin intermediul liniilor de câmp: taxa de punct (pozitive și negative), un dipol, un câmp electric uniform.
Câmpul electric se supune principiul superpoziției (adăugare), care pot fi rezumate după cum urmează: câmpul electric creat la un anumit punct al sistemului de încărcare spațiu este egală cu suma vectorială a punctelor tari ale câmpurilor electrice generate în același punct în spațiu de la fiecare încărcare separat:
Exemplu. Găsiți E dipol câmp electric (sistemul de două sarcini punctiforme asociate rigid de semn opus) într-un punct situat la o distanta de r1 taxa - q și o distanță de r2 taxa + q (Figura 1.7). (Umăr dipol) Distanța dintre taxe este egală cu l.
Figura 1.7. Calculul câmpului electric al sistemului de două sarcini punctiforme.
. unde
.
Unghiul a este determinat de teorema cosinusului.