Электростатика - файл n1.doc

Электростатика
скачать (3913 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc3913kb.19.11.2012 21:33скачать

n1.doc


  1. Электростатическое поле в вакууме.




    1. Электрический заряд и его свойства. Закон сохранения электрического заряда.





    1. Закон Кулона.










    1. Напряжённость электростатического поля. Напряжённость поля точечного заряда.






    1. Графическое изображение электрических полей. Поток вектора напряжённости.










    1. Циркуляция вектора напряжённости электростатического поля. ?

F








?

где Еl = Е cos ? ? проекция вектора Е на направление элементарного

?

перемещения dl.





    1. Потенциал электростатического поля. Потенциал поля точечного заряда.







    1. Связь между напряжённостью и потенциалом электростатического поля.








    1. Линейная плотность зарядов. Принцип суперпозиции и его применения к расчёту поля распределённых зарядов.










Величина dl выбирается малой по сравнению с длиной тела, но содержащей много элементарных заряженных частиц (электронов, ионов).

При разбиении заряженного тела длинной L на большое число N малых частей, каждая такая часть может быть рассмотрена как точечный заряд, напряженность поля которого dEi вычисляется при помощи принципа суперпозиции.



Силовой линией электростатического поля называется пространственная линия, в каждой точке которой вектор напряженности этого поля является касательным. Свойства электростатических силовых линий вытекают из этого определения, формулы для напряженности поля точечного заряда и принципа суперпозиции. Силовые линии электростатического поля не бывают замкнутыми, не пересекаются вне за-

рядов, начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных или уходят в бесконечность. На рисунке в соответствии с картиной силовых линий показаны векторы напряженности и силы, действующей на заряды разного знака.

    1. Поверхностная плотность зарядов. Принцип суперпозиции и его применения к расчёту поля распределённых зарядов.










Величина dS выбирается малой по сравнению с площадью тела, но содержащей много элементарных заряженных частиц (электронов, ионов).

При разбиении заряженного тела площадью S на большое число N малых частей, каждая такая часть может быть рассмотрена как точечный заряд, напряженность поля которого dEi вычисляется при помощи принципа суперпозиции.



Ниже приведены формулы расчета декартовых компонент напряженности по известной поверхностной плотности заряда s(r):







    1. Объёмная плотность зарядов. Принцип суперпозиции и его применения к расчёту поля распределённых зарядов.




Из закона Кулона и определения напряжённости электрического поля следует, что напряженность электростатического поля, созданного точечным зарядом Q на расстоянии r от него равна:







Величина dV выбирается малой по сравнению с объёмом тела, но содержащей много элементарных заряженных частиц (электронов, ионов).

При разбиении заряженного тела объёмом V на большое число N малых частей, каждая такая часть может быть рассмотрена как точечный заряд, напряженность поля которого dEi вычисляется при помощи принципа суперпозиции. Применяя этот принцип для N, стремящегося к бесконечности, получаем напряженность тела как объемный интеграл:





    1. Электрический диполь. Поле диполя.










Точка В равноудалена от зарядов + q и – q диполя, поэтому потенциал поля

? ?

в точке B равен нулю. Вектор EВ направлен противоположно вектору l.



    1. Электрический диполь. Силы, действующие на диполь в электрическом поле.






Во внешнем неоднородном поле (рис.(b)) силы, действующие на концы диполя, неодинаковы и их результирующая стремится передвинуть диполь в область поля с большей напряжённостью – диполь втягивается в область более сильного поля.






    1. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме и её применение для расчёта поля равномерно заряженной сферы.
















    1. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме и её применение для расчёта поля равномерно заряженного шара.












    1. Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме и её применение для расчёта поля равномерно заряженного цилиндра.








  1. Электростатическое поле в среде.




    1. Типы диэлектриков.









    1. Поляризация и её виды.





    1. Поляризованность, свободные и связанные заряды.









    1. Вектор электрического смещения, его связь с напряжённостью и поляризованностью.






    1. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике.






    1. Условия на границе раздела двух диэлектрических сред.






    1. Сегнетоэлектрики.








    1. Пьезоэлектрики.




Пьезоэффектом обладают монокристаллы, не имеющие центра симметрии, поликристаллические диэлектрики и другие материалы, содержащие пьезоэлектрические текстуры. Величину пьезоэффекта характеризуют главным образом пьезо-модулем d, представляющим собой коэффициент пропорциональности между векторами напряженности механического поля и поляризации.

Возникающая поляризация может быть упругой и может сопровождаться изменением структуры. Пьезоэффект, в общем, возрастает с ростом полярности пьезоэлектрического материала. Малополярные пьезоэлектрики с диэлектрической проницаемостью ? от 1 до 3,5 имеют небольшие пьезомодули d = (2-5) пКл/Н. К этому типу пьезоэлектриков относятся монокристаллический кварц, NaClO3, NaBrO3, NaCl, NaBr, NaCI, NiSO4 и др. Полярные пьезоэлектрики с ? от 10 до 30 имеют d до 40 пКл/Н. К ним относятся турмалин, тартрат К, сульфат Li.


    1. Проводники в электростатическом поле. Электростатическая индукция.










    1. Электростатическая защита и электростатические генераторы.


Превосходным средством электростатической защиты может служить сетка Фарадея, представляющая собой обычную проволочную сетку на изоляторах. С помощью неё Майкл Фарадей демонстрировал свойства проводника в электрическом поле.

По теореме Гаусса напряженность поля считается так:

E · S · cos ? = q1 + q2 + ... + qn

Если сообщить какому-нибудь проводнику произвольной формы заряд, то он распределится равномерно по его поверхности, а это значит, что внутри зарядов нет, и поток вектора напряженности через произвольную поверхность проводника равен нулю. А равенство нулю может быть или из-за cos ?, где ? ? угол между E и S, но т.к. они перпендикулярны, то от него не зависит. Или из-за S или из-за E. Но т.к. S = const, то остается только от E. А это значит, что вектор напряженности равен нулю. Точно также и в решетке Фарадея ? когда мы сообщаем ей какой-либо заряд, он распределяется равномерно по поверхности.
Электростатическими генераторами называют высоковольтные устройства, в которых разность потенциалов создаётся механическим переносом электрических зарядов.

Принцип работы электростатического генератора удобно рассмотреть на примере генератора, разработанного американским физиком Робертом Ван де Граафом в 1929. Его устройство позволяло получать разность потенциалов до 80 киловольт.



Генератор состоит из диэлектрической (шёлковой или резиновой) ленты (4 и 5 на рисунке), вращающейся на роликах 3 и 6. Один из концов ленты заключён в металлическую сферу 1. Два электрода 2 и 7 в форме щёток касаются ленты сверху и снизу, причём электрод 2 соединён со сферой 1. На электрод 7 подаётся электрический потенциал (для определённости, положительный относительно земли), часть ленты, движущаяся вверх, заряжается. Этот заряд снимается щёткой 2 и заряжает сферу 1.

Возможность получения высокого напряжения ограничена коронным разрядом, возникающим при ионизации воздуха вокруг сферы.

Генераторы Ван де Граафа применялись (начальное историческое применение) в ядерных исследованиях для ускорения различных элементарных частиц. В настоящее время по мере развития иных способов ускорения частиц их роль в ядерных исследованиях постепенно сошла практически на нет, но до сих пор они используются для моделирования процессов происходящих при ударе молний, для имитации грозовых разрядов на земле.



    1. Электроёмкость уединённого проводника.





    1. Взаимная электрическая ёмкость, конденсаторы.








    1. Электроёмкость при последовательном и параллельном соединении конденсаторов.






    1. Энергия заряженного конденсатора.








    1. Энергия электрического поля и её объёмная плотность.








  1. Постоянный электрический ток.




    1. Электрический ток, сила и плотность тока.












    1. Сторонние силы, электродвижущая сила и напряжение.













    1. Закон Ома для однородного участка цепи в интегральной и дифференциальной форме.








    1. Сопротивление и проводимость. Их удельные величины.






    1. Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной форме.












    1. Закон Ома для неоднородного участка цепи и замкнутой цепи.










    1. Правила Кирхгофа для разветвлённых цепей.






Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации