Презентация Электрическое поле заряженных проводников. Энергия электростатического поля онлайн
На нашем сайте вы можете скачать и просмотреть онлайн доклад-презентацию на тему Электрическое поле заряженных проводников. Энергия электростатического поля абсолютно бесплатно. Урок-презентация на эту тему содержит всего 22 слайда. Все материалы созданы в программе PowerPoint и имеют формат ppt или же pptx. Материалы и темы для презентаций взяты из открытых источников и загружены их авторами, за качество и достоверность информации в них администрация сайта не отвечает, все права принадлежат их создателям. Если вы нашли то, что искали, отблагодарите авторов - поделитесь ссылкой в социальных сетях, а наш сайт добавьте в закладки.
Презентации » Физика » Электрическое поле заряженных проводников. Энергия электростатического поля
Оцените!
Оцените презентацию от 1 до 5 баллов!
- Тип файла:ppt / pptx (powerpoint)
- Всего слайдов:22 слайда
- Для класса:1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11
- Размер файла:950.50 kB
- Просмотров:113
- Скачиваний:0
- Автор:неизвестен
Слайды и текст к этой презентации:
№3 слайд
![Условия равновесия зарядов на](/documents_6/ae080f0ffad7c4c7be0fe537a5e79eff/img2.jpg)
Содержание слайда: Условия равновесия зарядов на проводнике. Поле вблизи поверхности проводника.
Поместим металлический проводник во внешнее электростатическое поле (или сообщим ему некоторый заряд q). На свободные заряды проводника будет действовать электрическое поле, в результате чего все отрицательные заряды (электроны) сместятся против поля, а на месте останутся положительные неском-пенсированные заряды атомов. Такое перемещение зарядов будет продолжаться до тех пор (практически это происходит мгновенно), пока не установится опреде-ленное распределение зарядов, при котором электри-ческое поле во всех точках внутри проводника обратится в нуль.
Первое условие равновесия зарядов на проводнике:
в статическом случае электрическое поле внутри проводника отсутствует, т. е.
Е = 0 (1)
Замечание. Поскольку в проводнике всюду Е = 0, то плотность избыточных зарядов внутри проводника также равна нулю (ρ=0).
№4 слайд
![Условия равновесия зарядов на](/documents_6/ae080f0ffad7c4c7be0fe537a5e79eff/img3.jpg)
Содержание слайда: Условия равновесия зарядов на проводнике. Поле вблизи поверхности проводника.
Избыточные заряды появляются лишь на поверхности проводника с некоторой плотностью σi (эти заряды называют индуцированными), вообще говоря, различной в разных точках его поверхности. Индуцированный заряд находится в очень тонком поверхностном слое толщиной в один-два межатомных расстояний.
Отсутствие поля внутри проводника означает (в силу Е= -φ), что потенциал φ в проводнике одинаков во всех точках, т. е. любой проводник в электростатическом поле представляет собой эквипотенциальную область, а его поверхность является эквипотенциальной. Из факта эквипотенциальности поверхности проводника следует, что непосредственно у этой поверхности электрическое поле Е направлено по нормали к ней в каждой точке и, соответственно, производная потенциала по касатель-ному направлению
№5 слайд
![Условия равновесия зарядов на](/documents_6/ae080f0ffad7c4c7be0fe537a5e79eff/img4.jpg)
Содержание слайда: Условия равновесия зарядов на проводнике. Поле вблизи поверхности проводника.
Второе условие равновесия зарядов на проводнике:
в статическом случае электрическое поле на поверхности проводника всегда ортогонально поверхности в каждой точке, т. е.
Е = Еп (2)
Следствия из условий равновесия:
Так как в состоянии равновесия внутри проводника избыточных зарядов – нет, то удаление вещества из его некоторого внутреннего объема никак не отразится на равновесном расположении зарядов. Т. е. избыточный заряд распределяется на полом проводнике так же, как и на сплошном – по его наружной поверхности. На внутренней поверхности полости в состоянии равновесия избыточные заряды располагаться не могут.
№6 слайд
![Условия равновесия зарядов на](/documents_6/ae080f0ffad7c4c7be0fe537a5e79eff/img5.jpg)
Содержание слайда: Условия равновесия зарядов на проводнике. Поле вблизи поверхности проводника.
Таким образом, если в полости проводника нет сторонних зарядов, электрическое поле в ней равно нулю, а внешние заряды, в частности заряды на наружной поверхности проводника, не создают в полости никакого электрического поля.
Именно на этом свойстве замкнутой полости основана электростатическая защита объектов (экранирование измерительных приборов) от влияния внешних полей с помощью замкнутых металлических оболочек.
№8 слайд
![Условия равновесия зарядов на](/documents_6/ae080f0ffad7c4c7be0fe537a5e79eff/img7.jpg)
Содержание слайда: Условия равновесия зарядов на проводнике. Поле вблизи поверхности проводника.
Расчет поля у поверхности проводника.
Пусть интересующий нас участок поверхности проводника граничит с вакуумом. Воспользуемся теоремой Гаусса и определим поток вектора Е через малый цилиндр с основанием ΔЅ, принадлежащим исследуемой поверхности. Так как линии вектора Е перпендикулярны поверхности проводника и внутри проводника Е = 0, то полный поток через цилиндр будет равен только потоку через «наружный» торец этого цилиндра, т. е. Еп∙ΔЅ = σ∙ΔЅ/ε0 , где Еп – проекция вектора Е на внешнюю нормаль п, σ – локальная поверхностная плотность заряда на проводнике. После сокращения на ΔЅ получаем:
№9 слайд
![Электроемкость проводников и](/documents_6/ae080f0ffad7c4c7be0fe537a5e79eff/img8.jpg)
Содержание слайда: Электроемкость проводников и конденсаторов
Емкость проводников
Рассмотрим некоторый уединенный проводник, т. е. проводник, удаленный от других проводников, тел (могут быть диэлектрики) и зарядов. Сообщенный проводнику заряд q распределяется по его поверхности так, чтобы везде внутри проводника было поле Е = 0, а на поверхности Е = Еп . Поэтому, если уже заряженному проводнику дополнительно сообщить еще заряд q, то последний должен распределиться по проводнику аналогичным образом, как и первый заряд q.
Из подобия распределений различных порций заряда следует, что отношение плотностей заряда в двух произвольных точках поверхности проводника при любом q – будет постоянным. Отсюда следует, что потенциал уединенного проводника φ пропорционален находящемуся на нем заряду q (это также подтверждается экспериментом).
№11 слайд
![Электроемкость проводников и](/documents_6/ae080f0ffad7c4c7be0fe537a5e79eff/img10.jpg)
Содержание слайда: Электроемкость проводников и конденсаторов
Емкость конденсаторов
Уединенные проводники, вообще говоря, обладают небольшой емкостью. На практике же часто возникает потребность в устройствах, которые при небольшом относительно окружающих тел потенциале накапливали бы на себе заметные по величине заряды.
В основу таких устройств, называемых конденсаторами, положен факт, что емкость провод-ника возрастает при приближении к нему других тел. Это объясняется возникновением индуцированных (на другом проводнике) или связанных (на поверхности диэлект-рика) зарядов под действием поля рассматриваемого заряженного проводника; причем наведенные заряды противоположного знака располагаются ближе к провод-нику, чем одноименные заряды, и, следовательно, оказы-вают большее влияние на результирующий потенциал проводника:
№12 слайд
![Электроемкость проводников и](/documents_6/ae080f0ffad7c4c7be0fe537a5e79eff/img11.jpg)
Содержание слайда: Электроемкость проводников и конденсаторов
Таким образом, потенциал проводника, как алгебраи-ческая сумма (4), уменьшается при приближении к нему других незаряженных тел, а его емкость увеличивается, так как
Простейший конденсатор состоит из двух проводни-ков (обкладок), расположенных на малом расстоянии друг от друга. Чтобы внешние тела не влияли на емкость конденсатора, его обкладкам придают такую форму и так располагают относительно друг друга, чтобы поле, создаваемое накапливаемыми на них зарядами, было сосредоточено практически полностью внутри конденса-тора. Последнее означает: линии вектора Е начинаются на одной обкладке и заканчиваются на другой, а заряды на обкладках равны по модулю: +q = |- q|.
№13 слайд
![Электроемкость проводников и](/documents_6/ae080f0ffad7c4c7be0fe537a5e79eff/img12.jpg)
Содержание слайда: Электроемкость проводников и конденсаторов
Емкость конденсатора определяется как отношение заряда конденсатора к разности потенциалов между его обкладками (иначе: отношение заряда к напряжению на конденсаторе U), т. е.
Емкость конденсатора зависит от его геометрии (размеров и формы обкладок), от величины зазора между обкладками (d) и от диэлектрической проница-емости (ε) среды, заполняющей конденсатор, т. е. можно записать: С = f (форм-фактор; d; ε ).
Пример 1: Емкость плоского конденсатора.
Пусть площадь обкладок конденсатора S, а его заряд q, тогда поле между обкладками согласно теореме Гаусса и принципа суперпозиции:
№14 слайд
![Электроемкость проводников и](/documents_6/ae080f0ffad7c4c7be0fe537a5e79eff/img13.jpg)
Содержание слайда: Электроемкость проводников и конденсаторов
Пример 2: Емкость цилиндрического конденсатора.
Заданы: размеры конденсатора (R1 , R2 , l), проницае-мость однородного диэлектрика (ε).
Задавшись зарядом на конденсаторе q, определяем по
теореме Гаусса поле между обкладками
где λ= q/l – линейная плотность заряда.
Далее определяем напряжение на конденсаторе:
№15 слайд
![Электроемкость проводников и](/documents_6/ae080f0ffad7c4c7be0fe537a5e79eff/img14.jpg)
Содержание слайда: Электроемкость проводников и конденсаторов
Пример 3: Емкость сферического конденсатора.
Заданы: размеры конденсатора (R1, R2), проницаемость однородного диэлектрика (ε).
Задавшись зарядом на конденсаторе q, определяем по теореме Гаусса поле в сферическом зазоре между
обкладками Далее рассчитаем напряже-ние на конденсаторе как
№16 слайд
![Энергия системы неподвижных](/documents_6/ae080f0ffad7c4c7be0fe537a5e79eff/img15.jpg)
Содержание слайда: Энергия системы неподвижных зарядов
Энергия взаимодействия системы зарядов
Ранее было получено выражение для потенциальной энергии взаимодействия двух точечных зарядов qi и qk:
где rik – расстояние между этими зарядами.
Теперь рассмотрим систему из N-точечных зарядов: q1, q2,.., qi ,…, qN. Еще в механике было доказано, что энергия взаимодействия системы материальных точек (а сейчас точечных зарядов) равна сумме энергий взаимодействия каждой i-ой точки (i-ого заряда) со всеми оставшимися точками (зарядами), взятых попарно:
Если переписать последнее выражение в виде двух последовательных сумм:
№17 слайд
![Энергия системы неподвижных](/documents_6/ae080f0ffad7c4c7be0fe537a5e79eff/img16.jpg)
Содержание слайда: Энергия системы неподвижных зарядов
Полная энергия взаимодействия системы непрерывно распределенных зарядов
Если заряды распределены непрерывно (допустим, есть заряженное тело), то, разлагая заряженную систему на совокупность элементарных зарядов dq = ρ∙dV и переходя от суммирования в (6) к интегрированию по объему, получаем:
где φ – потенциал, создаваемый всеми зарядами системы в элементе объема dV (в том числе самим зарядом dq).
№18 слайд
![Энергия заряженного](/documents_6/ae080f0ffad7c4c7be0fe537a5e79eff/img17.jpg)
Содержание слайда: Энергия заряженного проводника и конденсатора
Энергия уединенного заряженного проводника
Пусть проводник имеет заряд q и потенциал φ. Поверхность проводника является эквипотенциальной, т.е. везде, где есть заряд, значение φ – одинаково. Поэтому для проводника в формуле (7) потенциал можно вынести из-под знака интеграла и тогда энергию заряженного проводника можно определить как
а с учетом определения емкости (3) можно также записать:
№19 слайд
![Энергия заряженного](/documents_6/ae080f0ffad7c4c7be0fe537a5e79eff/img18.jpg)
Содержание слайда: Энергия заряженного проводника и конденсатора
Энергия конденсатора
Пусть +q и φ1 – заряд и потенциал положительно заряженной обкладки, а −q и φ2 – заряд и потенциал отрицательно заряженной обкладки конденсатора. Тогда, воспользовавшись формулой (7) и разбив интеграл на две части (для одной и другой обкладок), получим энергию заряженного конденсатора
а с учетом определения емкости можно также записать:
Последние две формулы используются в зависимости от условий работы конденсатора: когда на обкладках поддержи-вается постоянным заряд (конденсатор отключен от источника), то когда поддерживается постоянным напряжение
(конденсатор подключен к источнику питания), то
№20 слайд
![Плотность энергии](/documents_6/ae080f0ffad7c4c7be0fe537a5e79eff/img19.jpg)
Содержание слайда: Плотность энергии электростатического поля
О локализации энергии электрического поля
Формула (7) определяет энергию любой электричес-кой системы через заряды и потенциалы, но эту же энергию можно выразить через основную характеристику поля – напряженность Е. Убедимся в этом на простейшем примере – заряженном плоском конденсаторе.
Пренебрегая искажением поля у краев пластин, будем считать поле между обкладками однородным. Подставив
в формулу энергии выражение для емкости плоского конденсатора получаем:
№21 слайд
![Плотность энергии](/documents_6/ae080f0ffad7c4c7be0fe537a5e79eff/img20.jpg)
Содержание слайда: Плотность энергии электростатического поля
Так как электрическое поле в плоском конденсаторе однородно, то заключенная в нем энергия распределя-ется с постоянной (объемной) плотностью
В общей теории доказывается, что в случае изотроп-ного диэлектрика (когда Е ↑↑ D) полную энергию поля можно определить как:
где учтено, что D =ε0∙ε∙E. При этом объемную плотность энергии электрического поля можно рассчитывать по формулам:
Вывод: Так как эта плотность энергии определяется через напряженность поля, то можно заключить, что энергия локализована в самом электрическом поле.
№22 слайд
![Плотность энергии](/documents_6/ae080f0ffad7c4c7be0fe537a5e79eff/img21.jpg)
Содержание слайда: Плотность энергии электростатического поля
Дополнение к формуле (13)
Если представить вектор электрического смещения как сумму векторов: D = ε0∙E +P, то объемную плотность энергии электрического поля можно представить как:
где слагаемое определяет плотность энергии Е-поля
в вакууме, а слагаемое представляет собой энергию,
затрачиваемую на поляризацию единицы объема диэлектрика.
Скачать все slide презентации Электрическое поле заряженных проводников. Энергия электростатического поля одним архивом:
Похожие презентации
-
Проводники в электростатическом поле. Конденсаторы. Энергия электрического поля
-
Потенциальная энергия заряженного тела в однородном электростатическом поле. Потенциал поля и разность потенциалов
-
Проводники в электрическом поле Проводники – это вещества,в которых много свободных заряженных частиц. Например в металлах это э
-
Проводники в электрическом поле Проводники – это вещества,в которых много свободных заряженных частиц. Например в металлах эт
-
Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей. Проводники и диэлектрики
-
Электризация тел. Электрическое поле. Закон Кулона. Напряжённость электрического поля.
-
По физике "Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях" - скачать
-
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ – энергия электрического и магнитного полей
-
Электрическое поле. Напряжённость электрического поля. Д/з: 89 - 92 упр. 17 (1).
-
Проводники в электрическом поле Петухова Т. А. Учитель физики лицей 15 Г. Саров