Електростатика, Контент-платформа
Блок 9.Електростатика
1.Види взаємодії: гравітаційні, електромагнітні, ядерні, слабкі.
2.Електромагнітні сили– сили взаємодії між зарядженими тілами.
3.Електродинамікавивчає електромагнітну взаємодію заряджених частинок.Електростатика- розділ електродинаміки, що вивчає взаємодію статичних електричних зарядів.
4.Електричний заряд- фізична величина, що визначає силу електромагнітної взаємодії.
5. Заряд буває двох видів - позитивний і негативний. Однорідні заряди відштовхуються, різноманітні притягуються. Заряд дискретний . Експериментально виявлено частинку з найменшим негативним зарядом - електрон е = 1,6 · 10-19Кл. Позитивний заряд, що дорівнює модулю заряду електрона має протон. Відповідно до сучасної квантової теорії відкриті елементарні частинки є комбінаціями інших елементарних частинок – кварків.
6.Атом складається з позитивного ядра (протони і нейтрони) і електронів.Атом нейтральний, якщо загальний заряд електронів дорівнює заряду ядра. Атом з надмірною кількістю електронів -негативний іон. Атом з нестачею електронів- позитивний іон.Макроскопічні тіла, що складаються з нейтральних атомів - нейтральні.Точковий заряд- це заряджене тіло, розмірами якого можна знехтувати.
7.
8.Закон Кулонувстановлює характер взаємодії заряджених тіл. Сила взаємодії між двома точковими нерухомими зарядами у вакуумі прямо пропорційна добутку модулів зарядів і обернено пропорційна квадрату взаємодії між ними. Сила Кулона спрямована по прямій, що сполучає заряди.
9.k– коефіцієнтпропорційності, який залежить від вибору одиниць виміру. У міжнародній системі одиниць СІ k=9·109Нм2/Кл2, де εо – постійна електрична вакууму.
10.Кулон– одиниця виміру електричних зарядів у СІ.
11.Рівновага електричних зарядіву полі, створеному двома позитивними зарядами нестійка: для позитивного заряду при вертикальному зміщенні рівновага нестійка, при горизонтальному зміщенні стійка; для негативного заряду – навпаки.
12.Заряд – джерело електромагнітного поля.
13.Властивості електричного поля: створюється зарядом, діє заряд, поширюється зі швидкістю світла.
14.Напруженість ел. поля- силова характеристика поля. Напруженість електричного поля - фізична величина, що дорівнює відношенню сили, що діє з боку поля на пробний заряд позитивний до величини цього заряду. Напруженість має такий самий напрямок, як і сила, що діє з боку поля на позитивний заряд.
- Напруженість поля точкового заряду
- Напруженість поля зарядженої площиниде σ – поверхнева щільність заряду,
тобто заряд, що припадає на одиницю площі.
- Напруженість поля всередині зарядженої сферидорівнює 0, поза сферою визначається як напруженість поля точкового заряду.
16.Лінії напруженості- лінії, що стосуються яких у кожній точці поля збігаються з вектором напруженості поля в даній точці поля. Електричне поле, вектори напруженості якого однакові в кожній точці поля, називається однорідним.
17.Принцип суперпозиції. Напруженість поля системи зарядів у цій точці дорівнює векторній сумі напруженостей полів, створених кожним зарядом окремо.
18.Електричне поле – потенційне поле.Робота сил електростатичного поляне залежить від форми траєкторії та по замкнутому контуру дорівнює 0. Робота поля з переміщення заряду дорівнює різниці потенційних енергій заряду в початковій та кінцевій точках поля.
16.Потенціал електростатичного поля– скалярна фізична величина, що дорівнює відношенню потенційної енергії заряду, поміщеного в дану точку поля до величини цього зарядуφ =W/q.Потенціал поля точкового заряду визначається за формулоюφ =kQ /r.Вимірюється в Вольтах(В).
17.Еквіпотенційні поверхні– поверхні рівного потенціалу.
18.Різність потенціалів між двома точками поляабо напруга– це фізична величина чисельно рівна роботі з переміщення одиничного позитивного заряду з однієї точки поля в іншу.φ1– φ2= U = A/q.Вимірюється в Вольтах(В).
19.Електричне поле в речовині:
- Провідники – речовини, які мають вільні заряджені частинки. Усередині зарядженого провідникаЕ = 0
- Діелектрики – речовини, що містять лише пов'язані заряди. Діелектрики зменшують поле вεразів, деε– діелектрична проникність середовища.ε=Ео/Е
20.Електроємність відокремленого проводуника – фізична величина, що дорівнює відношенню заряду провідника до потенціалу цього провідника. Одиниця виміру електроємності – Фарад (Ф).C = Q/ φ
21. Електроємність провідника залежить від розмірів та форми провідника.
22.Конденсатор– система двох провідників з рівними за величиною та протилежними за знаком зарядами.
23. Електрична ємність куліC =R /k.
24. Електроємність плоского конденсатора
25. Роль діелектрика в конденсаторі – діелектрик підвищує електроємність провідника.
26. Конденсатори виконують роль накопичувача електричних зарядів.
27.Паралельне та послідовне з'єднання конденсаторів
Енергія електричного поля
Об'ємна щільність енергіїелектростатичного поля
Завдання 1.Який позитивний і який негативний заряд у краплі води об'ємом 9 мм3? Маса молекули води 3 · 10-26 кг. (480Кл і - 480Кл).Рішення. N=M/mо. M = ρ * V. Z+= +1,6*10-192 N. Z–=– 1,6*10-192 NЗавдання 2.При електризації ебонітової палички про шерсть їй повідомили заряд – 4,8 Кл. Куди та скільки перемістилося електронів?Рішення.N = Q / 1.6 * 10-19.
Завдання 3.Скло, натерте вовняне сукно, отримало заряд 8 · 10-12 Кл. Який заряд отримало сукно? Скількиелектронів та в яку речовину перейшло?
Рішення.N = Q / 1.6 * 10-19. Заряд на шерсті такий же за модулем, як і на склі, тільки протилежний за знаком.
Завдання 4.Дві однакові кульки масою 44,1г підвішені на нитках завдовжки 0,5м. При повідомленні кульок однакових зарядів вони відштовхнулися один від одного так, що кут між ними став 90о. Знайдіть величини зарядів на кульках.
Рішення.FK = k * Q * Q / r2, Fт = mg, Q2 = mgr2 / k
Так, як кут між нитками = 900, то сила тяжіння по модулю дорівнюватиме кулонівській силі. Це слід довести під час розгляду силового трикутника.
Рішення.Система перебуватиме в рівновазі, якщо в центрі розташувати негативні заряд, сила дії з боку якого на заряди, розташовані у вершинах трикутника дорівнюватиме векторній сумі сил, що діють з боку кутових зарядів. Завдання вирішується геометричним способом.
h = LCos30o, d = 2 LCos30o/3, Fp=2FCos30o = 2kq2Cos30o/L2 ,
F = kqQ/r2q = (q1 + q2)/2A =нескінченностіЗавдання 6. Дві однакових маленьких кульки мають заряди q1 = 6 мкКл,
q2 = - 12 мкКл. Знаходяться кульки з відривом 60 див друг від друга.
А. Визначте силу взаємодії між ними.
В. Чому дорівнюватиме заряд кожної кульки, якщо їх привести в
зіткнення, а потім розвести на колишню відстань.
Не зміниться тому, що при збільшенні відстані між пластинами одночасно збільшується в стільки ж разів і напруга.
С. Знайти роботу з абсолютного зближення отриманих зарядів.
Конденсатор, ємністю 0,02 мкФ, отримав заряд 0,01 мкКл.
А. Визначити різницю потенціалів між пластинами конденсатора.
В. Знайти значення енергії конденсатора.
Яку роботу може здійснити електричне поле конденсатора,
якщо його пластини стануть вільними?
З. Чи зміниться напруженість поля між пластинами конденсатора,
якщо відстань між ними збільшити вдвічі? Відповідь поясніть.
Два провідних кулі мають розміри R1 = 9 см і R2 = 18 см і
заряди 0, 014 мкКл та 0,006 мкКл відповідно.
А. Знайти електроємність кожної кулі.
В. Знайти потенціал точки на поверхні кулі та
потенціал точки, що лежить на відстані 0,5 R від центру кулі.
С. Як перерозподіляться заряди, якщо кулі з'єднати
дуже тонкими проводами?
Для самостійного рішення
Завдання 9.За якою траєкторією рухатиметься пробний заряд q: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8? рис. 1
Чи потенційна енергія заряду в електричному полі може залишатися незмінною, якщо цей заряд переміщується в напрямку, вказаному вектором швидкості. Рис.2
Завдання 11.
У просторі на рівних відстанях один від одного розміщено три рівні по модулю заряду.
А. Як взаємодіятимуть заряди між собою? Намалюйте графічно сили, що діють на кожен заряд
В. Чому дорівнює напруженість у точці В, у місці розташування негативного заряду? Відповідь поясніть.
Електричне поле створено двома паралельними площинами.
Модуль напруженості поля у точці 1 дорівнює 5 В/м.
А. Визначити напруженість поля у точках 2, 3. Результат поясніть.
В. Визначте напруженість поля у точках 4, 5. Результат поясніть
С. Чому дорівнює робота поля щодо переміщення заряду за контуром 1–2–3–1?
Порівняйте роботу на дільницях 1–2, 2–3, 3–1. Результат поясніть.
Модуль напруженості електричного поля в точці А,
де знаходиться заряд q = 0,1 мкКл, що дорівнює 5 В/м.
А. Визначте силу, що діє цей заряд.
В. Який заряд Q створює це поле, якщо він знаходиться за 30 см від точки А?
С. Яку роботу здійснить поле переміщення заряду q з точки А в точку В на 10 см.
F = kqQ/r2q = (q1 + q2)/2A = Uq = kqQ/r
ЕЛЕКТРИЧНЕ ПОЛЕ ПОЗИТИВНОГО ЗАРЯДУ(поле не однорідне)