Презентація на тему «Електричне поле точкових зарядів»

Електричне поле точкових зарядів. Потік напруженості електричного поля.

Введення поняття точкового заряду
Розрахунок електричних полів на основі закону Кулона за­стосовується тоді, коли електричні заряди тіл можна розглядати зосе­редженими в досить малому об'ємі, тобто вважати заряджені тіла точ­ковими.
Отже, точкові заряди - це абстракція, що вводиться для спрощення опису поля зарядженого тіла або системи тіл. Іноді також визначається як електрично заряджена матеріальна точка.
При практичних розрахунках точковий заряд — це заряд, розмірами носія якого в порівнянні з відстанню, на якому розглядається електростатична взаємодія, можна знехтувати.

Електричне поле. Електростатичне поле
Поле - одна з форм існування матерії. Поле можна досліджувати, описувати його силові, енергетичні й ін. властивості. Поле, створюване нерухливими електричними зарядами, називається електростатичним. Для дослідження електростатичного поля використовують пробний точковий позитивний заряд - такий заряд, який не спотворює досліджуване поле (не викликає перерозподіл зарядів).

Якщо в поле, створюване зарядом q, помістити пробний заряд q1 на нього буде діяти сила F1, причому величина цієї сили залежить від величини заряду, що міститься в даній точці полю. Якщо в тугіше точку помістити заряд q2, то сила Кулона
F2 ~ q2 і т.д.
Однак, відношення сили Кулона до величини пробного заряду, є величина постійна для даної точки простору
 
і характеризує електричне поле в тій точці, де перебуває пробний заряд. Ця величина називається напруженістю і є силовою характеристикою електростатичного поля.

Напруженість електричного поля
Напруженість поля – це векторна величина, чисельно рівна силі, що діє на одиничний позитивний точковий заряд, поміщений у дану точку поля.
Напрямок вектора напруженості збігається з напрямком дії сили.

Визначимо напруженість поля, створюваного точковим зарядом q на деякій відстані r від нього у вакуумі

Потік напруженості електричного поля
Метод зображення електростатичного поля за допомогою ліній напруженості запропоновано видатним англійським фізиком М.Фарадеєм (I791-I867pp.)
Лінією напруженості, або силовою лінією, називають лінію, дотична до якої в будь-якій точці збігається з напрямом напруженості. Ці лінії напрямлені від позитивних зарядів (або з нескінченності) до негативних зарядів (або сягають у нескінченність). Домовились проводити лінії напруженості з такою густотою, щоб кількість ліній, які пронизують одиницю площі поверхні, перпендикулярної до ліній напруженості, чисельно дорівнювала б модулю напруженості. Якщо лінії напруженості визначено таким чином, то можна ввести поняття потоку напруженості. 

Потік напруженості
Потоком напруженості через поверхню S називають фізичну величину, яка чисельно дорівнює кількості ліній напруженості, які пронизують цю поверхню.
Потік силових ліній однорідного електричного поля через площину S, нормаль до якої дорівнює   , записують так:
 
(1.6)
(де )

Для того, щоб визначити потік напруженості неоднорідного електричного поля через поверхню    довільної форми, застосовують такий прийом (використовуючи формулу (1.6)): розбивають поверхню    на елементарні поверхні    , такі малі, щоб кожну з них можна було б вважати плоскою, а поле в межах поверхні    було б однорідним   .
Тоді потік через поверхню   дорівнює:
Знаходячи суму потоків   по всій поверхні   , визначимо

 Якщо поверня   замкнута, то за додатний напрям нормалі беруть напрям зовнішньої нормалі, a потік напруженості через таку поверхню дорівнює (знак   означає, що інтегрування ведуть по замкнутій поверхні):
На рисунку показано, що потік ліній, які входять до поверхні   від'ємний (  ), а потік ліній, які виходять з поверхні   - додатний ( ).

Дякуємо за увагу!