Перевірені досвідом рекомендації Українцям Що притаманно точкового заряду

Що притаманно точкового заряду

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 за стосовується тоді, коли електричні заряди тіл можна розглядати зосе редженими в досить малому об’ємі, тобто вважати заряджені тіла точ ковими. 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 ( ).

✅Точковий і розподілений заряди

Ідеальною фізичною моделлю заряду в електростатиці є точковий заряд.

Точковим зарядом називається заряд, зосереджений на тілі, розмірами якого можна знехтувати в порівнянні з відстанню до інших тіл або до розглянутої точки поля. Іншими словами, точковий заряд – це матеріальна точка, яка має електричний заряд.

Якщо заряджене тіло настільки велике, що його не можна розглядати як точковий заряд, то в цьому випадку необхідно знати розподіл зарядів всередині тіла.

Виділимо всередині зарядженого тіла малий обсяг і позначимо через електричний заряд, що знаходиться в цьому обсязі. Межа відносини, коли обсяг необмежено зменшується, називають об’ємною густиною електричного заряду в даній точці. Позначають її буквою:

У разі нерівномірно зарядженого тіла густина різна в різних точках. Розподіл заряду в об’ємі тіла задано, якщо відомо як функція координат.

У металевих тілах заряди розподіляються тільки всередині тонкого шару, прилеглого до поверхні. У цьому випадку зручно користуватися поверхневою густиною заряду, яка являє собою межа відносини заряду до площі поверхні, по якій розподілений цей заряд.

Отже, поверхнева густина заряду вимірюється зарядом, припадає на одиницю поверхні тіла. Розподіл зарядів по поверхні описується залежністю поверхневої густини (x, y, z) від координат точок поверхні.

У тому випадку, якщо заряджене тіло за формою являє собою нитку (діаметр поперечного перерізу тіла багато менше його довжини, зручно використовувати лінійну густину заряду.

Якщо відомо розподіл зарядів всередині тіла, то можна обчислити напруженість електростатичного поля, створюваного цим тілом. Для цього заряджене тіло подумки розбивають на нескінченно малі частини і, розглядаючи їх як точкові заряди, обчислюють напруженість поля, створювану окремими частинами тіла.

Що ми дізналися?

  1. Визначення точкового заряду: Точковий заряд — це ідеалізоване поняття в електростатиці, яке відноситься до заряду, розміщеного в інфінітезимально малій області простору. Він використовується для спрощення розрахунків, припускаючи, що всі заряди зосереджені в одній точці.
  2. Властивості точкового заряду: Точковий заряд характеризується своєю величиною та знаком, але не має об’єму. Електричне поле, створене точковим зарядом, розподіляється радіально від нього в усіх напрямках.
  3. Визначення розподіленого заряду: Розподілений заряд описує розподіл електричного заряду по певній області або поверхні. Він може бути рівномірно розподілений або мати змінну густину заряду.
  4. Типи розподілу зарядів:
    • Лінійний розподіл: Заряд розподілений вздовж лінії з певною лінійною густиною заряду.
    • Поверхневий розподіл: Заряд розподілений по поверхні об’єкта з певною поверхневою густиною заряду.
    • Об’ємний розподіл: Заряд розподілений усередині об’єму матеріалу з певною об’ємною густиною заряду.
  5. Розрахунок електричного поля: Для точкового заряду електричне поле розраховується за законом Кулона, тоді як для розподіленого заряду необхідно використовувати інтегральний підхід, щоб обрахувати внесок від кожної частинки заряду.
  6. Застосування: Поняття точкових і розподілених зарядів застосовуються в багатьох областях фізики та інженерії, включаючи проєктування електричних схем, дослідження електромагнітних полів та в розробці електростатичних пристроїв.

Висновок

Розуміння природи точкових і розподілених зарядів є фундаментальним для вивчення електростатики та електромагнетизму. Точкові заряди служать важливим ідеалізованим інструментом для аналізу електричних полів і сил, тоді як розподілені заряди дозволяють точніше описати реальні ситуації, де заряд розподіляється по об’єктах складної форми.

Обидва поняття відіграють ключову роль у розробці технологій та дослідженнях, що формують наше розуміння електричних і магнітних явищ в навколишньому світі.

Related Post

Як посадити гострий перецьЯк посадити гострий перець

Зміст:1 Як виростити гострий перець – що можна садити поряд1.1 Посадка та догляд за гірким перцем1.2 Доглядаємо саджанців1.2.1 Поливаємо1.2.2 Удобрюємо та підгодовуємо1.3 Перець гіркий – опис1.4 Вирощування гострого перцю із

Малиновий джем з кісточкамиМалиновий джем з кісточками

Зміст:1 Без кісточок та желатину: як приготувати густий малиновий джем2 Ідеальний джем: готуємо космічну малинову заготовку без кісточок2.1 Інгредієнти:2.2 Спосіб приготування:3 Малиновий джем у мультиварку: рецепт на зиму3.1 Інгредієнти для