Физика подготовка к ЕГЭ
Основные понятия и законы электростатики - Электродинамика - Теоретический материал для подготовки к ЕГЭ
Закон Кулона:
сила взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояний между ними:
Коэффициент пропорциональности k в этом законе равен:
В СИ коэффициент k записывается в виде:
где ε0 = 8,85 ∙ 10-12 Ф/м (электрическая постоянная).
Точечными зарядами называют такие заряды, расстояния между которыми гораздо больше их размеров.
Электрические заряды взаимодействуют между собой с помощью электрического поля. Для качественного описания электрического поля используется силовая характеристика, которая называется «напряженностью электрического поля» Напряжённость электрического поля равна отношению силы, действующей на пробный заряд, помещенный в некоторую точку поля, к величине этого заряда:
Направление вектора напряженности совпадает с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд. [Е] = В/м. Из закона Кулона и определения напряженности поля следует, что напряженность поля точечного заряда равна
где q — заряд, создающий поле; r — расстояние от точки, где находится заряд, до точки, где создается поле.
Если электрическое поле создается не одним, а несколькими зарядами, то для нахождения напряженности результирующего поля используется принцип суперпозиции электрических полей: напряженность результирующего поля равна векторной сумме напряженностей полей, созданных каждым из зарядов — источников в отдельности:
Работа электрического поля при перемещении заряда:
найдем работу перемещения положительного заряда силами Кулона в однородном электрическом поле. Пусть поле перемещает заряд q из точки 1 в точку 2:
В электрическом поле работа не зависит от формы траектории, по которой перемещается заряд. Из механики известно, что если работа не зависит от формы траектории, то она равна изменению потенциальной энергии с противоположным знаком:
Отсюда следует, что:
Потенциалом электрического поля называют отношение потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду:
Запишем работу поля в виде:
Здесь U = φ1 — φ2 — разность потенциалов в начальной и конечной точках траектории. Разность потенциалов называют также напряжением.
Часто наряду с понятием «разность потенциалов» вводят понятие «потенциал некоторой точки поля». Под потенциалом точки подразумевают разность потенциалов между данной точкой и некоторой заранее выбранной точкой поля. Эту точку можно выбирать в бесконечности, тогда говорят о потенциале относительной бесконечности.
Потенциал поля точечного заряда подсчитывается по формуле:
Проекция напряженности электрического поля на какую-нибудь ось и потенциал связаны соотношением: