Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



Тема 1. Теорема Остроградского-Гаусса для электростатического поля

Читайте также:
  1. II закон термодинамики. Теорема Карно-Клаузиуса
  2. II. (Теорема Больцано-Вейерштрасса).
  3. Б) теория фирмы и транзакционных издержек. Теорема Р.Г.Коуза (1910)
  4. Выберите запись теоремы Остроградского-Гаусса для вакуума в системе СИ
  5. Движение тела в неинерциальных системах отсчета. Теорема Кориолиса. Силы инерции.
  6. Занятие 3. Условная вероятность. Теорема умножения вероятностей.
  7. Занятие 4. Теорема сложения вероятностей.
  8. Интегральная теорема Муавра – Лапласа.
  9. Кинетическая энергия тела, системы тел при их поступательном движении. Теорема о кинетической энергии. Теорема Кенига.
  10. Кодирование источника. Теорема Шеннона для канала без помех. Эффективные коды, принципы эффективного кодирования.

Электростатическое поле –это особый вид материи, с помощью которой происходит взаимодействие заряженных тел.

Точечным называется заряд, сосредоточенный на теле, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, с которыми он взаимодействует.

Закон Кулона:сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами q1 и q2 прямопропорциональна величинам этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними:

,

где (e0 – электрическая постоянная);

e – диэлектрическая проницаемость среды, показывающая во сколько раз сила взаимодействия зарядов в данной среде меньше, чем в вакууме.

Кулоновская сила направлена по прямой, соединяющей взаимодействующие точечные заряды, соответствует притяжению в случае разноименных зарядов и отталкиванию в случае одноименных зарядов. Элект­рические поля, которые создаются неподвижными электрическими зарядами, называ­ются электростатическими.

Для обнаружения и опытного исследования электростатического поля можно использовать пробный точечный заряд q0 . Если этот заряд поместить в какую- либо точкуэлектростатического поля, то на него будетдействовать сила , величина и направление которой определяет силовую характеристику электростатического поля, носящую названиенапряженности электростатического поля.

Напряженность электростатического поля в данной точке есть физическая величина , определяемая силой, действующей на пробный точечный положительный заряд q0 , помещенный в эту точку поля, то есть:

.

Напряжённость электростатического поля, создаваемого точечным зарядом q в любой точке поля, находящейся на расстоянии r от этого заряда:

.

Электростатическое поле может быть изображено графически с помощьюсиловых линий.Силовая линия — это такая линия, касательная в каждой точке к которой совпадает по направлению с вектором напряженности электростатическго поля в данной точке (рис. 1, 2).

Рис. 1 Рис. 2

Если поле создается точечным зарядом, то силовые линии – это радиальные прямые, выходящие из положительного заряда (рис. 2, а), и входя­щие в отрицательный заряд (рис. 2, б).

С помощью силовых линий можно характеризовать не только направление, но и величину напряженности электростатического поля, связывая её с густотой силовых линий. Большей густоте силовых линий соответствует большая величина напряженности (рис. 1, 2). Количественно числу силовых линий, прони­зывающих единичную площадку, расположенную перпендикулярно силовым линиям, ставится в соответствие величина напряженности электростатического поля. В этом случае определенному заряду q, создающему поле, соответствует определенное число N силовых линий, выходящих (для ) из заряда или входящих (для ) в заряд, а именно: .



Поток вектора напряженности электростатического поля через произвольную площадку S характеризуется числом силовых линий, пронизывающих данную площадку S.

Если площадка S перпендикулярна силовым линиям (рис. 3), то поток ФЕ вектора напряженности через данную площадку S : .

 

Рис. 3 Рис. 4

α
Если же площадка S расположена неперпендикулярно силовым линиям электро-статического поля (рис. 4), то поток вектора через данную площадку S :

,

где α – угол между векторами напряженности и нормали к площадке S.

Для того, чтобы найти поток ФЕ вектора напряженности через произвольную поверхность S, необходимо разбить эту поверхность на элементарные площадки dS (рис. 5), определить элементарный поток Е через каждую элементарную площадку dS по формуле: ,



а затем все эти элементарные потоки Е сложить, что приводит к интегрированию:

,

Рис. 7
где α – угол между векторами напряженности и нормали к данной элементарной площадке dS .

Если ввести вектор (рис. 5) как вектор, равный по величине площади площадки dS и направленный по вектору нормали к площадке dS , то величина , где a – угол между векторами и может быть записана в виде скалярного произведения векторов и , то есть, как , а полученное соотношение для потока вектора примет вид:

.

Теорема Остроградского - Гаусса для электростатического поля.Теорема Остроградского - Гаусса для электростатического поля связывает между собой величину потока ФЕвектора напряженности электростатического поля в вакуумечерез произвольную замкнутую поверхностьS с величиной заряда q,заключенного внутри даннойзамкнутой поверхностиS (рис. 6).

Поскольку все силовые линии, выходящие из заряда (для ) или входящие в заряд (для ), пронизываютпроизвольную замкнутую поверхность S, охватывающую этот заряд (рис. 6), то величина потока ФЕ вектора напряженности электростатического поля через эту произвольную замкнутую поверхность S будет определяться числом N силовых линий, выходящих из заряда (для ) или входящих в заряд (для ):

.

Это соотношение есть теорема Остроградского-Гауссадляэлектростатического поля.

Таккак поток считается положитель­ным, если силовые линии выходят из поверхности S, и отрицательным для линий, входящих в поверхность S, то в случае, если внутри произвольной замкнутой поверхности S находится не один, а несколько (n) разноименных зарялов, то теорема Остроградского - Гаусса для электростатического поля формулируется следующим образом:

поток вектора напряженности электростатического поля в вакууме через произ­вольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности зарядов, деленной на e0 :

.

В общем случае электрические заряды могут быть распределены внутри объёма, ограниченного замкнутой поверхностью S, с некоторой объемной плотностью ( ), различной в разных местах пространства. Тогда суммарный заряд, заключенный внутри этой замкнутой поверхности S, охватывающей объем V, равен: .

В таком случае теорема Остроградского - Гаусса приобретает вид:

.

Напряженность электростатического поля зависит от диэлектрических свойств среды. В диэлектрике напряженность поля меньше, чем напряженность внешнего электростатического поля в вакууме, в котором находится диэлектрик, в e раз (e – диэлектрическая проницаемость среды), а модуль вектора , переходя через границу диэлектриков, скачко­образно изменяется. Поэтому для характеристики электростатического поля, кроме вектора напряженности , введен векторэлектрического смещения , модуль которого не изменяется при переходе из одной диэлектрической среды в другую.

Вектор электрического смещения по определению: .

Используя то, что в вакууме , теорема Остроградского-Гаусса для электростатического поля может быть переформулирована следующим образом:

,

то есть поток вектора смещения электростатического поля через произ­вольную замкнутую поверхность S равен алгебраической сумме заключенных внутри этой поверхности зарядов.

В случае, если электрические заряды распределены внутри объёма V, ограни-ченного замкнутой поверхностью S, с некоторой объемной плотностью , теорема Остроградского-Гаусса для электростатическогополяможет быть переформулирована сдедующим образом:

.


Дата добавления: 2014-12-23; просмотров: 27; Нарушение авторских прав


<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Тема 10. Обратимый и необратимый процессы. Круговой процесс. Тепловая машина и цикл Карно. | Тема 2. Работа сил электростатического поля. Потенциал
lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2019 год. (0.01 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты