Презентация ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ онлайн

Содержание слайда:

Содержание слайда: Тема 4. ЭНЕРГИЯ В ЭЛЕКТРОСТАТИКЕ Тема 5. ПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Содержание слайда: 4. Энергия в электростатике 4. Энергия в электростатике 4.1. Взаимодействие двух точечных зарядов. 4.2. Энергия взаимодействия системы из N-штук точечных зарядов. 4.3. Полная электростатическая энергия заряженного тела. 4.4. О локализации электростатической энергии. 4.5. Электростатическая энергия системы, состоящей из двух заряженных тел. 5. Проводники в электростатике 5.1. Проводник и электростатическое поле. 5.2. Метод электростатических изображений. 5.3. Электрическая емкость.

Содержание слайда: 4.1. Энергия взаимодействия двух точечных зарядов. В пункте 2.3. было показано, что разные пробные заряды q',q'',… будут обладать в одной и той же точке поля разными энергиями W', W'' и так далее. Однако отношение будет для всех зарядов одним и тем же. Поэтому мы ввели скалярную величину, являющуюся энергетической характеристикой собственно поля – потенциал:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: 4.3. Полная электростатическая энергия заряженного тела.

Содержание слайда: 4.4. О локализации электростатической энергии. Рассмотрим однородно по поверхности заряженную сферу. Уменьшим ее радиус на . При этом энергия сферы

Содержание слайда: Выяснить, где именно, в заряде или в поле, локализована энергия электростатика не позволяет, но мы знаем об электромагнитных волнах, которые способны переносить энергию в пустом пространстве, где нет зарядов, изучив закон, которому подчиняется переменное электромагнитное поле, мы увидим, что (4) справедлива всегда, а (2) и (3) - только в электростатике. Выяснить, где именно, в заряде или в поле, локализована энергия электростатика не позволяет, но мы знаем об электромагнитных волнах, которые способны переносить энергию в пустом пространстве, где нет зарядов, изучив закон, которому подчиняется переменное электромагнитное поле, мы увидим, что (4) справедлива всегда, а (2) и (3) - только в электростатике.

Содержание слайда: 4.5 Энергия системы, состоящей из двух заряженных тел.

Содержание слайда: 5.1.Проводники в электростатике 5.1.1. Напряженность и потенциал электростатического поля в проводнике В проводниках имеются электрически заряженные частицы – носители заряда (электроны в металлах, ионы в электролитах) способные перемещаться по всему объему проводника под действием внешнего электростатического поля. Носителями заряда в металлах являются электроны проводимости. Они возникают за счет обобществления валентных электронов. При отсутствии электрического поля металлический проводник является электрически нейтральным – электростатическое поле создаваемое положительными и отрицательными зарядами внутри него компенсируется.

Содержание слайда: При внесении металлического проводника во внешнее электростатическое поле, электроны проводимости перемещаются (перераспределяются) до тех пор, пока всюду внутри проводника поле электронов проводимости и положительных ионов не скомпенсирует внешнее поле. При внесении металлического проводника во внешнее электростатическое поле, электроны проводимости перемещаются (перераспределяются) до тех пор, пока всюду внутри проводника поле электронов проводимости и положительных ионов не скомпенсирует внешнее поле. 1. В любой точке внутри проводника, находящимся в электростатическом поле ; 2. Внутренняя область проводника и его поверхность эквипотенциальны φ = const. 3. Внутри проводника (объёмная плотность заряда). 4. На поверхности проводника напряженность направлена по нормали к этой поверхности, иначе, под действием составляющей Eτ, касательной к поверхности, заряды перемещались бы по проводнику, а это противоречило бы их статическому распределению. Вне заряженного проводника – поле есть, следовательно, должен быть вектор , и направлен он перпендикулярно поверхности!

Содержание слайда: 5.1.2. Определение напряженности электростатического поля вблизи проводника Выберем гауссову поверхность в виде небольшого цилиндра маленькой высоты так, как он изображен на рисунке. Этот цилиндр вырезает из поверхности проводника вместе с расположенными на нем зарядами некоторый фрагмент площади

Содержание слайда: 5.1.3. Экспериментальная проверка распределения заряда на проводнике Проверим экспериментально сделанные нами выводы: 1. Заряженный кондуктор

Содержание слайда:

Содержание слайда: 2. Электростатическая защита. Поле в металлической полости равно нулю

Содержание слайда:

Содержание слайда: 4. Электростатический генератор (ЭСГ). 4. Электростатический генератор (ЭСГ). Если заряженный металлический шарик привести в соприкосновение с поверхностью, какого либо, проводника, то заряд шарика частично передается проводнику: шарик будет разряжаться до тех пор, пока их потенциалы не выровняются. Иначе обстоит дело, если шарик привести в соприкосновение с внутренней поверхностью полого проводника. При этом весь заряд с шарика стечет на проводник и распределится на внешней поверхности проводника.

Содержание слайда:

Содержание слайда: ВАН ДЕ ГРААФ Роберт (1901 – 1967) - американский физик. ВАН ДЕ ГРААФ Роберт (1901 – 1967) - американский физик. Окончил университет штата Алабама (1922). Совершенствовал знания в Сорбонне и Оксфорде. В 1929-31 работал в Принстонском университете, в 1931 –60 –

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: См. ЭКСПЕРИМЕНТ См. ЭКСПЕРИМЕНТ   Эквипотенциальность проводника   Распределение зарядов   Электростатическая защита   Метод зеркальных изображений

Содержание слайда: 5.2. Метод электростатических изображений Точечный заряд +q находится на расстоянии h от плоской поверхности незаряженного полубесконечного проводника Найти , индуцированного на проводнике. r – расстояние от основания перпендикуляра , опущенного на плоскость из заряда q, до точки, в которой определяем

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: 5.3. Конденсаторы 5.3.1. Электрическая емкость. При сообщении проводнику заряда, на его поверхности появляется потенциал φ. Но если этот же заряд сообщить другому проводнику, то потенциал будет другой. Это зависит от геометрических параметров проводника. Но в любом случае, потенциал φ пропорционален заряду q. Фара́д (обозначение: Ф, F) — единица измерения электрической ёмкости в системе СИ (ранее называлась фара́да). 1 фарад равен электрической ёмкости конденсатора, при которой заряд 1 кулон создаёт между обкладками конденсатора напряжение 1 вольт. Ф = Кл/В = A·c/B 1Ф = А² · с4 / кг · м² Единица названа в честь английского физика Майкла Фарадея

Содержание слайда: Пример 1. Емкость C уединенной проводящей сферы радиуса R. 1.Найдем с помощью теоремы Гаусса 2.Найдем потенциал поверхности через интегральную формулу для убыли потенциала 3.Электрическая емкость

Содержание слайда: Пример 2. Энергия заряженной уединенной проводящей сферы. 1й способ. поверхность сферы является эквипотенциальной поверхностью. 2й способ. энергия аккумулирована не на заряженной поверхности, а в той области пространства, где находится электрическое поле, то есть

Содержание слайда: Фарад — очень большая ёмкость. Емкостью 1Ф обладал бы уединенный шар, радиус которого был бы равен 13 радиусам Солнца. Фарад — очень большая ёмкость. Емкостью 1Ф обладал бы уединенный шар, радиус которого был бы равен 13 радиусам Солнца. Для сравнения, ёмкость Земли (шара размером с Землю, как уединенного проводника) составляет всего около 700 микрофарад. Промышленно выпускаемые конденсаторы обычно имеют номиналы измеряемые в нано- и пикофарадах. Емкость т. н. ионисторов (конденсаторов с двойным электрическим слоем) может достигать нескольких килофарад. В современной звуковой аппаратуре используют конденсатор гибридный ёмкостью до 40 Фарад.

Содержание слайда: 5.3.2. Взаимная электроемкость. Конденсаторы Необходимость в устройствах, накапливающих заряд есть, а уединенные проводники обладают малой емкостью. Обратите внимание, что электроемкость проводника увеличивается, если к нему поднести другой проводник – явление электростатической индукции. Введем понятие взаимной емкости двух проводников (такую систему обычно называют конденсатором, а проводники его обкладками).

Содержание слайда: Конструкция такова, что внешние окружающие конденсатор тела не оказывают влияние на электроемкость конденсатора. Это будет выполняться, если электростатическое поле будет сосредоточено внутри конденсатора между обкладками. Конструкция такова, что внешние окружающие конденсатор тела не оказывают влияние на электроемкость конденсатора. Это будет выполняться, если электростатическое поле будет сосредоточено внутри конденсатора между обкладками. Конденсаторы бывают плоские, цилиндрические и сферические. Так как электростатическое поле находится внутри конденсатора, то линии электрического смещения начинаются на положительной обкладке и заканчиваются на отрицательной – и никуда не исчезают. Следовательно, заряды на обкладках противоположны по знаку, но одинаковы по величине.

Содержание слайда: Пример 3. Найдем формулу для емкости плоского конденсатора. Пример 3. Найдем формулу для емкости плоского конденсатора. С помощью теоремы Гаусса в интегральной форме находим напряженность поля одной пластины Напряженность между обкладками равна Разность потенциалов между обкладками По определению

Содержание слайда: Пример 4. Найдем энергию заряженного плоского конденсатора. 1й способ 2й способ

Содержание слайда: 5.3.3. Соединение конденсаторов Емкостные батареи – комбинации параллельных и последовательных соединений конденсаторов. 1) Параллельное соединение

Содержание слайда: Сравните с параллельным соединением сопротивлений R: Сравните с параллельным соединением сопротивлений R: Таким образом, при параллельном соединении конденсаторов, их емкости складываются. 2) Последовательное соединение : Общим является заряд q

Содержание слайда: Емкость цилиндрического конденсатора. Емкость цилиндрического конденсатора. Разность потенциалов между обкладками цилиндрического конденсатора где λ – линейная плотность заряда, R1и R2 – радиусы цилиндрических обкладок. q = λl, (l – длина конденсатора)

Содержание слайда: Понятно, что если зазор между обкладками мал: d = R2 – R1, то есть d << R1, тогда Понятно, что если зазор между обкладками мал: d = R2 – R1, то есть d << R1, тогда 2. Емкость шарового конденсатора. Это разность потенциалов между обкладками шарового конденсатора, где R1 и R2 – радиусы шаров.

Содержание слайда: В шаровом конденсаторе R1 ≈ R2; S = 4πR2; R2 – R1 = d – расстояние между обкладками. Тогда В шаровом конденсаторе R1 ≈ R2; S = 4πR2; R2 – R1 = d – расстояние между обкладками. Тогда Таким образом, емкость шарового конденсатора,

Содержание слайда: См. ЭКСПЕРИМЕНТ См. ЭКСПЕРИМЕНТ Емкость   Емкость уединенного проводника   Емкость плоского конденсатора   Зависимость емкости от свойств среды (15-17.avi)

Содержание слайда: Кто не ходит на лекции и семинары, запасайтесь справками!

Содержание слайда: