Презентація "Основи електростатики"

Вище професійне училище № 94 Тема: Основи електростатики. Визначення і зображення електричного поля. Група 1 ЕПідготувала: викладач спец.дисциплін II категорії ПАЩЕНКО П. О. «ЕЛЕКТРОТЕХНІКА З ОСНОВАМИ ПРОМИСЛОВОЇ ЕЛЕКТРОНІКИ»Професія: «Електромонтер з ремонту та обслуговування електроустаткування»

План 1. Електричне поле . Основний закон електростатики. Закон Кулона.2. Близькодія та дія на відстані.3. Електричне поле.4. Напруженість електричного поля.5. Графічне зображення електричних полів, принцип суперпозиції.

Джеймс Максвелл. Майкл Фарадейвідомий англійський вчений, створив теорію електричного поля. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ Електричне поле — це особлива форма матерії, що існує навколо заряджених тіл або частинок і діє з деякою силою на інші частинки або тіла, які мають електричний заряд. Навколо зарядженого тіла виникає електричне поле. Якщо сказати формулювання простими словами, то це таке поле, яке діє на інші тіла з певною силою.

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ Закон збереження електричного заряду - в замкнутій системі алгебраїчна сума зарядів всіх частинок залишається незмінною. q1 + q 2 + q 3 + ... .. + qn = const. Отже, напруженість електричного поля, яке створене системою зарядів в деякій точці простору, дорівнює векторній сумі напруженостей електричних полів, створених в тій же точці кожним зарядом зокрема

Принцип суперпозиції полів. Принцип суперпозиції полів. Отже: напруженість електричного поля, створеного системою точкових зарядів у даній точці, дорівнює геометричній сумі напруженостей полів, створеній у цій точці кожним зарядом окремо.

Основною кількісною характеристикою є напруженість електричного поля. Вона дорівнює відношенню сили, що діє на заряд, до величини заряду. Сила діє в якомусь напрямку, значить і напруженість ЕП векторна величина. Позначається напруженість літерою Е і визначається за формулою. E = F/q. Напруженість електричного поля – векторна фізична величина. Напрям вектора E співпадає в кожній точці простору з напрямом сили, яка діє на додатний пробний заряд. Електричне поле нерухомих і не змінних з часом зарядів називають електростатичним.

Уявімо картину: У вас є стандартна картонна коробка з міцним напоєм на 12 пляшок. А ви намагаєтеся засунути туди ще пляшку. Припустимо, вам це вдалося, але коробка ледь витримала. Ви засовує туди ще одну, і раптом коробка рветься і пляшки вивалюються. Коробку з пляшками можна порівняти з поперечним перерізом. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ Сила струму і площа поперечного перерізу провідника — найважливіші параметри.

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ Чим ширше коробка (товщі провід), тим більша кількість пляшок (СИЛУ СТРУМУ), вона може в себе помістити (забезпечити). У коробці (в провіднику) можна помістити від однієї до 12 пляшок - вона не розвалиться (провідник не згорить), а більше число пляшок (велику силу струму), вона не вміщає (представляє опір). Якщо зверху на коробку ми поставимо ще одну коробку, то на одній одиниці площі (перетині провідника) ми розмістимо не 12, а 24 пляшки, ще одну зверху - 36 пляшок. Одну з коробок (один поверх) можна прийняти за одиницю аналогічну напруженість електричного струму.

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ За нашою аналогією вийшло: Загальна кількість пляшок це - ПОТУЖНІСТЬКількість пляшок в одній коробці (шарі) це - СИЛА СТРУМУКількість ящиків у висоту (поверхів) це - НАПРУГУШирина коробки (місткість) це - ОПІР ділянки електричного кола. Шляхом перерахованих аналогій, ми прийшли до «ЗАКОНУ ВАТа«,Збільшивши висоту коробок (напруга), ми можемо збільшити загальну кількість пляшок (ПОТУЖНІСТЬ) без руйнування коробок (провідника).зобразимо його у вигляді формули: Де I - сила струму, U - напруга (різниця потенціалів), Р - потужність. Чим ширше коробка (менше опір), тим більша кількість пляшок (СИЛУ СТРУМУ) вона може забезпечити. Збільшивши висоту коробок (напруга), ми можемо збільшити загальну кількість пляшок (ПОТУЖНІСТЬ) без руйнування коробок (провідника). По-простому це звучить так: потужність дорівнює добутку сили струму на напругу.

Важливо! Головною умовою виникнення електричного поля є те, що тіло повинне мати якийсь заряд. Тільки тоді навколо нього виникне поле, яке буде діяти на інші заряджені тіла. Щоб визначити величину напруженості електричного поля навколо одиничного пробного заряду використовують закон Кулона. Таке поле називають ще й кулоновским.

У вигляді ліній напруженості поля. Вектор напруженості напрямлений по дотичній до лінії напруженостіЛінії напруженості незамкнені. Вони починаються на поверхні позитивного заряду і закінчуються на поверхні негативного заряду. Лінії не перетинаються

Електричне поле — це вид матерії, за допомогою якої здійснюється електрична взаємодія заряджених тіл. Воно оточує будь-яке заряджене тіло й виявляє себе дією на заряджені тіла. Якщо електричне поле існує і воно є матеріальним, потрібно ввести фізичну величину, якою б це поле характеризувати. Для цього використовують поняття пробного заряду. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ Модуль сили взаємодії між цими зарядами визначаємо за законом Кулона. Отже, відношення сили до заряду є сталим для кожної точки поля. Величину, що виражає це відношення, називають напруженістю електричного поля:

Близькодія та дія на відстані. В основі всіх фізичних явищ лежить взаємодія між тілами або частинками, що беруть участь у цих явищах. В фізиці існує два принципи взаємодії: Теорії далекодії. Її суть у тому, що дія здійснюється без участі якого-небудь посередника й миттєво передається від одного тіла до іншого. Теорія близькодїїУсяка дія одного тіла на інше передається з кінцевою швидкістю від точки до точки через середовище, яке ми не спостерігаємо.

Дія електричного поля поблизу заряджених тіл сильніша, а на відстані від них - слабкіша.

Основний закон електростатики. Закон Кулона. Експериментально з задовільною точністю був вперше доведений у 1773 Генрі Кавендішем , який використовував метод сферичного конденсатора, але його роботи не були опубліковані. В 1785 році закон був встановлений Шарлем Кулоном . Шарль Кулон Генрі Кавендіш

Ш. О. Кулон вимірював силу взаємодії двох зарядів за допомогою сконструйованих ним терезів (ваги Кулона). Основа приладу – металева нитка H, що з'єднана одним кінцем з поворотною голівкою, за допомогою якої можна визначити кут закручування нитки. Внаслідок електричної взаємодії відбувається закручування пружної нитки. Промінь світла переміщується по шкалі на кут φ2. Обертанням підвісу коромисло повертають у початкове положення. Сила взаємодії F обчислюється за кутом повороту підвісу φ1 HIda. Пbm. До другого кінця прикріплене легке, виготовлене з ізолюючого матеріалу, коромисло. На кінцях коромисла знаходяться металева кулька a і противага b. Скляний циліндр П захищає чутливу частину приладу від потоків повітря. В середину кульки через отвір можна вносити заряджені кульки d на ізоляторі l. На дзеркальце m проектується промінь світла і вик. роль стрілки.

Заряджені тіла взаємодіють одне з одним на відстані – різнойменно заряджені тіла притягуються, а однойменно заряджені відштовхуються. Сила взаємодії між двома точковими зарядженими тілами прямо пропорційна добутку зарядів цих тіл і обернено пропор­ційна квадрату відстані між ними. Для того, щоб поставити знак “=”,потрібно ввести коефіцієнт k

F — електрична сила, Н;q1, q2— електричні заряди, Кл;r — відстань між зарядженими тілами, м;0 – універсальна діелектрична стала. ε0= 8,856 · 1012 Ф/м2k -це константа, яка залежить від середовища у якому розташовані електричні заряди. І тоді закон Кулона записують так:

Напруженістю електричного поля називають фізичну векторну величину, що є силовою характеристикою електричного поля в кожній його точці і чисельно дорівнює відношенню сили, з якою поле діє на точковий заряд, поміщений у цю точку, до значення цього заряду. Одиницю напруженості електричного поля визначаємо із формули. У СІ: Напрям напруженості збігається з напрямом електричної сили, що діє на пробний позитивний заряд в цій точці:

Графічно напруженість електричного поля Ейнштейн запропонував зображати, за допомогою ліній напруженості. Лінія напруженості – це лінія, в кожній точці якої, напруженість напрямлена по дотичній. Напрям співпадає з напрямком дії сили, яка діє на пробний заряд. Лінії напруженості не перетинаються. За напрям напруженості поля приймають напрям сили, що діє на позитивний заряд.

Рефлексія

Відповідь1. Що таке електричне поле?(Електричне поле — це вид матерії, за допомогою якої здійснюється електрична взаємодія заряджених тіл. Воно оточує будь-яке заряджене тіло й виявляє себе дією на заряджені тіла.)3. Що називають лініями напруженості електричного поля?(Лінією напруженості називається безперервна лінія, дотична до якої в кожній точці збігається за напрямом із вектором напруженості.) 2. Що називають напруженістю електричного поля? Яка формула виражає зміст цього поняття? (Напруженістю електричного поля називають фізичну векторну величину, що є силовою характеристикою електричного поля в кожній його точці і чисельно дорівнює відношенню сили, з якою поле діє на точковий заряд, поміщений у цю точку, до значення цього заряду.)

1. Яким чином визначається електростатичне поле? Відповідь(Його визначають силою, що діє на пробний точковий заряд, поміщений в це поле. Пробний заряд повинен бути мізерно малим, щоб не вплинути на характеристику електростатичного поля.)

2. Поясніть що таке просте електричне поле?Електричне заряджене нерухоме тіло утворює в навколишньому середовищі електростатичне поле. Воно виявляється через механічну дію на інші заряджені тіла. Ця дія залежить від значення заряду. Просте електричне поле утворюється точковим зарядом або зарядженою віссю (поперечний переріз)Електричне поле - це область простору навколо електрично зарядженої частинки або предмета, в якій електричний заряд відчував би силу. Електричне поле є векторною величиною і може бути візуалізовано як стрілки, що рухаються до зарядів або від них. Лінії визначаються як спрямовані радіально назовні , від позитивного заряду або радіально всередину , до негативного заряду. Електричні заряди створюють електричні поля: області простору навколо електрично заряджених частинок або предметів, в яких інші електрично заряджені частинки або предмети відчували б силу. Електричне поле існує у всіх точках простору і може спостерігатися, вносячи в електричне поле ще один заряд.

3. Формула електричного поля?Величина електричного поля задається формулою E = F / q, де E - сила електричного поля, F - електрична сила, q - випробувальний заряд, який використовується для "відчуття" електричного поля . Приклад: Електричне поле із двоточковими зарядами. Для двох точкових зарядів F задано наведеним вище законом Кулона. Таким чином, F = (k | q 1 q 2 |) / r 2 , де q 2 визначається як випробувальний заряд , який використовується для "відчуття" електричного поля. Потім ми використовуємо формулу електричного поля, щоб отримати E = F / q 2 , оскільки q 2 було визначено як тестовий заряд. Після заміни на F, E = (k | q 1 |) / r 2 .

3. Формула електричного поля?Величина електричного поля задається формулою E = F / q, де E - сила електричного поля, F - електрична сила, q - випробувальний заряд, який використовується для "відчуття" електричного поля . Приклад: Електричне поле із двоточковими зарядами. Для двох точкових зарядів F задано наведеним вище законом Кулона. Таким чином, F = (k | q 1 q 2 |) / r 2 , де q 2 визначається як випробувальний заряд , який використовується для "відчуття" електричного поля. Потім ми використовуємо формулу електричного поля, щоб отримати E = F / q 2 , оскільки q 2 було визначено як тестовий заряд. Після заміни на F, E = (k | q 1 |) / r 2 .

Домашнє завдання Розрахункові завдання. У однорідне поле з напруженістю 12 к. Н/Кл внесли точковий заряд +2,5 н. Кл. Якою буде напруженість поля в точках А, В, С, D, що знаходяться на відстані 5см від заряду (мал. 1)? (мал. 1) Дано: Е=12к. Н/Клq0=+2,5н. Кл. R=0,05м ЕА,ЕБ,ЕС,ЕD-? Розв’язування: Відповідь: 15 к. Н/Кл (у точках А і С); 21 к. Н/Кл (у точці В); 3 к. Н/Кл (у точці D)).. У вертикально направленому однорідному електричному полі знаходиться порошинка масою 10-9г із зарядом 3,2•10-17 Кл. Яка напруженість поля, якщо сила тяжіння порошинки урівноважена силою електричного поля?

Домашнє завдання Розрахункові завдання У вертикально направленому однорідному електричному полі знаходиться порошинка масою 10-12 Кг із зарядом 3,2•10-17 Кл. Яка напруженість поля, якщо сила тяжіння порошинки урівноважена силою електричного поля?Дано: m=10-12кгq=3,2∙10-17 Кл. FT=FЕЛg=9,8м/с2 Розв’язування: Відповідь: 3∙105 Н/Кл. ЕА,ЕБ,ЕС,ЕD-?Другий закон Ньютона записується як F = ma