Электрическое поле (Лекция 2)

Электрическое и магнитное поля

Поля физические – особая форма материи; система с бесконечно большим числом степеней свободы.
Концепция (суть) поля состоит в том, что участвующие во взаимодействии частицы (тела) создают в каждой точке окружающего их пространства особое состояние (поле сил), проявляющееся в силовом воздействии на другие частицы (тела), помещаемые в какую-либо точку этого пространства.
В макромире существенное значение имеют гравитационное и электромагнитное взаимодействия. Этим взаимодействиям соответствуют:
- гравитационное поле;
- электромагнитное поле.
Степени свободы – независимые возможные изменения состояния физической системы

Гравитационное поле;
G = 6,67259(85)·10-11м3кг-1с-2
гравитационная постоянная

электромагнитное поле.
Электромагнитное поле есть вид материи, определяющийся во всех точках двумя векторными величинами, которые характеризуют две его стороны «электрическое поле» и «магнитное поле».
Электромагнитное поле оказывает силовое воздействие на заряженные частицы, зависящее от скорости и значения их заряда.

Электромагнитное поле.
Электрическое поле создается зарядом.
Электрический заряд есть свойство частицы или тела, характеризующее их взаимосвязь с собственным электрическим полем и их взаимодействие с внешним электрическим полем.
Единица измерения электрического заряда –кулон (Кл)
Элементарный электрический заряд | е | = 1,60217733(49)×10-19 Кл.
Элементарным электрическим зарядом обладают элементарные частицы:
Протон – положительный заряд eпротона= + 1,60217733(49)×10-19 Кл.
Электрон – отрицательный заряд eэлектрона= - 1,60217733(49)×10-19 Кл.
Электрическое поле

электромагнитное поле.
Электрическое поле
ε0 = 8,854187817·10-12 Ф·м-1
электрическая постоянная

Сравнение сил гравитационного и электрического полей
Гравитационное поле
m= 1,673∙10-27 ×100кг
r=1м
G = 6,673·10-11м3кг-1с-2
Сила притяжения
Fграв=10-65Н
Электрическое поле
q=1,602∙ 10-19 ×100Кл
r=1м
ε0 = 8,854·10-12 Ф/м
Сила отталкивания
Fэлектр=2,307·10-20Н
Взаимодействуют два ядра фермия (Fm), содержащие по 100 протонов

Электрическое поле
Силовая линия – элемент изображения силового поля.
Силовой линией называется линия, касательные к которой в каждой точке совпадают с направлением силы в этой точке
Электрическим полем называется силовое поле, в котором действующие силы определяются законом Кулона

Электрическое поле
Поток электрического смещения через замкнутую поверхность равен электрическому заряду, находящемуся в объёме, ограниченном этой поверхностью. (Закон Гаусса)
Поток электрического смещения
Каждая точка поля характеризуется векторной величиной - D, называемой «плотность потока электрического смещения»
Если электрический заряд находится в центре сферы с радиусом r, то
r
Q=Σq

Электрическое поле
Напряжённостью электрического поля называется сила, действующая в электрическом поле на тело с точечным зарядом в 1 Кулон
Напряжённость электрического поля
qпр=1Кл
r
D=ε0E

Электрическое поле
Потенциал электрического поля – энергия, затраченная на перемещение единичного заряда из «бесконечности» в рассматриваемую точку поля
φа
φв
φа > φв
Потенциалы электрического поля

Электрическое поле
Дж
Кл
= В
U
Электрическое напряжение между двумя точками – это работа по перемещению единичного заряда между этими точками против сил поля.
Электрическое напряжение

Потенциалы электрического поля
r
φ
b
φb
a
φa
Разность потенциалов:
φa - φb =
Uab

Напряжённость электрического поля
r
φ
a
φa
b
φb
Разность потенциалов:
φb - φa =
Uba
Градиент потенциала:
Напряженность электрического поля
lab

Работа и энергия
Механическая Электрическая
А = F×l
джоуль = ньютон×метр
U = E×l
вольт = джоуль/кулон
Е – сила, действующая на единичный заряд
Напряжённость – основная характеристика электрического поля
[В/м] = [Н/Кл]

Электрическое поле
r
D – плотность потока электрического смещения
D=ε0E; в веществе - D=ε0εE
Напряжённость электрического поля
Потенциал электрического поля
Электрическое напряжение
UAB = E∙lAB = φB - φA