Напряженность и потенциал электрического поля. Принцип суперпозиции полей

9. Напряженность и потенциал электрического поля. Принцип суперпозиции полей.

Напряженность электрического поля.

Напряженность- векторная физическая величина, равная отношению силы, с которой электрическое поле действует на пробный заряд к величине этого заряда. Напряженность численно равна силе, действующей на единичный пробный заряд. Пробный заряд всегда положителен, всегда точечный (чтобы не искажать поле основного заряда). E=F/q, E=[H/Kл].

Принцип суперпозиции полей.

В любой точке системы, содержащей несколько зарядов, напряженность равна сумме напряженностей полей, созданных каждым зарядом системы:

Потенциал и разность потенциалов.

Потенциальная энергия заряда q численно равна той работе, которую могут совершить силы поля, перемещая заряд q из данной точки поля в бесконечность. Потенциал- энергетическая характеристика точек электрического поля. Потенциал какой-либо точки электрического поля измеряется потенциальной энергией точечного заряда, находящегося в этой точке. j=E_P/q. j=q/4per, А=q(j1-j2). Разность потенциалов между двумя точками электрического поля измеряется работой, совершаемой полем при перемещении точечного заряда из одной точки поля в другую и называется напряжением. Вольт- такая разность потенциалов между двумя точками электрического поля, при которой силы поля, перемещая заряд в 1 Кл из одной точки в другую, совершают работу в один Джоуль. [В]=[Дж/Кл]. Связь разности потенциалов с напряженностью электростатического поля. А=Fd=Eqd=Uq Þ E=U/d=(j₁-j₂)/d. Напряженность электрического поля численно равна изменению потенциала на единицу длины силовой линии.

10.Теорема Остроградского – Гаусса и ее применение к расчету электростатического поля.

Поток вектора напряженности электростатического поля в вакууме сквозь произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности зарядов, деленной на e0 – эл.постоянная (Ф/м).

11.Конденсаторы. Энергия и плотность эл.поля.

Конденсаторы.

Конденсаторы- устройства, предназначенные для накопления зарядов обладающие большой емкостью. Образующие конденсатор проводники называют его обкладками разделенные диэлектриком. В зависимости от формы обкладок конденсаторы делятся на плоские (2 плоские пластины), цилиндрические (2 коаксиальных цилиндра) и сферические (2 концентрические сферы). Емкость конденсатора определяется как отношение заряда конденсатора к разности потенциалов между его обкладками. C=Q/Dj=Q/U.

Энергия электростатического поля. Формула показывает, что энергия конденсатора выражается через величину, характеризующую электростатическое поле, - напряженность E.

V=Sd – объем конденсатора.

Плотность эл-ого поля.

12. Правила Кирхгофа. Законы постоянного тока. Первое правило Кирхгофа. Точка соединения нескольких проводников называется узлом. Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю. Токи, идущие к узлу, будем считать положительными, от узла отрицательными. Второе правило Кирхгофа. Алгебраическая сумма падений напряжений на замкнутом контуре разветвленной цепи равна алгебраической сумме эдс. Законы постоянного тока. Закон Ома для участка цепи (не содержащая источника тока): сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

I= U/R, [I] =[A]

I =U/R – закон Ома для однородного участка цепи, т.е. такого , в котором не действует ЭДС ( нет действия сторонних сил).

I=  - закон Ома для неоднородного участка цепи.

Если для данного участка (Е=0), то из закона Ома для неоднородной цепи приходим к закону Ома для однородного участка цепи: I= (j1-j2)/R = U/R

Если j1=j2 тогда получаем Закон ома для замкнутой цепи:

I = E/R, где E – э.д.с. действующая в цепи, R= (r+R)- суммарное сопротивление всей цепи

r-внутреннее сопротивление

R- сопротивление внешней цепи.

13.Характеристики магнитного поля и связь между ними. Закон Био-Савара - Лапласа и его применение к выч. магн. индукции. Магнитное поле неразрывно связанная с током материальная среда, через которую осуществляется взаимодействие на расстоянии проводников с током. Магнитное поле обладает энергией, которая непрерывно распределена в пространстве. Магнитное поле создается либо движущимися электрическими зарядами, либо переменным электрическим полем и действует только на движущиеся заряды. Магнитные поля токов одинакового направления усиливают друг друга, а токов противоположного направления ослабляют друг друга.

Действие магнитного поля на рамку с током.

Магнитное поле оказывает ориентирующее действие на рамку с током. В качестве направления мы выбираем направление нормали рамки с током, свободно установленной в поле. Направление вектора В определяется правилом правого винта.

 Закон Био-Савара – Лапласа для проводника с током I, элемент dl которого создает в некоторой точке А индукцию поля dВ, записывается в виде: где : dl - вектор, по модулю равный длине dl эл.проводника и совпадающий по направлению с током, r- радиус вектор, r – модуль радиуса вектора r

Магнитная индукция результирующего поля, создаваемого несколькими токами или движущимися зарядами, равна векторной сумме магнитных индукции складываемых полей, создаваемых каждым током или движ. зарядом в отдельности:

14.Действие магн. поля на движ. заряд и на проводник с током. Сила Лоренца и сила Ампера.

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле.

На проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует магнитная сила F. Направление этой силы можно определить по правилу левой руки. F- большой палец, I- другие пальцы, B- входит в ладонь. Сила Ампера- сила, действующая на прямолинейный проводник с током в магнитном поле. Эта сила прямо пропорциональна длине проводника, величине тока в нем и зависит от синуса угла между направлениями тока и магнитных силовых линий. F=IBlsina- закон Ампера. При этом происходит превращение электрической энергии в механическую.

Закон Ампера.

F=IBlsina- закон Ампера. Сила, действующая на прямолинейный проводник, равна произведению силы тока на проводнике, длине проводника, магнитной индукции и синуса угла между направлениями отрезка проводника и вектора магнитной индукции.

Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца.

Сила, действующая на эл. заряд q, движущейся в магнитном поле со скоростью v : F=q[vB]. Сила Лоренца всегда перпендикулярна плоскости, проходящей через векторы индукции поля и скорости заряда. Ее направление для положительного заряда определяется правилом левой руки. На отрицательный заряд, движущийся в том же направлении, эта сила действует в обратную сторону. Сила Лоренца всегда центростремительна.

 

15.Уравнение Максвелла в интегральной форме.

 

 

16.Уравнение эл-магн волны. Интерференция света. Оптическая разность хода.

Электромагнитные волны. Их свойства.

Электромагнитная волна- процесс распространения электромагнитного поля (происходит со скоростью света). Однажды начавшийся в некоторой ты=очке пространства процесс изменения электромагнитного поля охватывает все новые и новые области окружающего пространства (Максвелл). u=1/Öee₀mm₀¢. Электромагнитные волны- волны, направление колебаний которых перпендикулярно направлению их распространения (поперечные волны). Они отражаются, преломляются, поляризуются, то есть ведут себя идентично другим волнам.

Интерференция света. При положение двух когерентных световых волн происходит пространственное перераспределение светового потока, в результате чего в одних местах возникает max, а в других – min интенсивности.  Когерентные источники. Когерентные источники- источники колебаний, происходящих в одной фазе с одинаковой частотой. Два различных источника не могут быть когерентными. Условия образования максимумов и минимумов в интерференционной картине. При наложении двух когерентных волн происходит перераспределение энергии по волновому фронту, в результате чего происходит чередование областей максимума и минимума.

Оптическая разность хода. Произведение геометрической длинны s пути световой волны в данной среде на показатель n преломления этой среды наз. оптической длинной пути L, а D= L2 – L1 - разность оптических длин проводимых волнами путей – наз. оптической разностью хода. Если, оптической разностью хода равна целому числу длин волн в вакууме D=+ml_0.

17.Дифракция света. Дифракция Френеля. Построение зон Френеля.

Дифракцией называется сгибание волнами препятствий, встречающихся на их пути, или любое отклонение распространения волн вблизи препятствий от законов геометрической оптики. Явление дифракции характерно для волновых процессов. Дифракция Френеля. Френель первым открыл это явление, проведя опыт: в центре тени от шара получено светлое пятно. Световые волны, огибая края шара, заходят в область тени и, достигая центра тени на экране, проходят одинаковые расстояния независимо от какой точки на краю шара они идут. В этом случае они достигают центра тени в одинаковой фазе и в результате интерференции усиливают друг друга, поэтому и получается светлое пятно. В остальных частях тени происходит поочередное наложение волн в противоположных и одинаковых фазах, и мы видим концентрические темные и светлые пятна. Построение зон Френеля.