- •Закон сохранения заряда. Закон Кулона.
- •Электрическое поле. Напряжённость электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей. Графическое изображение электрических полей.
- •Поле двух бесконечных параллельных разноименно заряженных плоскостей
- •1. Поле равномерно заряженной сферической поверхности
- •2. Поле объемно заряженного шара
- •3. Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости
- •4. Поле равномерно заряженного бесконечного цилиндра (нити)
- •6. Работа сил электростатического поля в случае двух точечных зарядов. Потенциал. Потенциал поля, создаваемого системой точечных зарядов.
- •7.Циркуляция вектора напряженности электрического поля. Связь между напряжённостью электростатического поля и потенциалом.
- •8.Эквипотенциальные поверхности, их связь с силовыми линиями.
- •9.Проводники и диэлектрики. Заряженный проводник. Проводник во внешнем электрическом поле.
- •10. Электроёмкость, конденсаторы. Электроёмкость проводящего шара. Ёмкость плоского конденсатора, сферического конденсатора, цилиндрического конденсатора.
- •После интегрирования получим
- •9.2. Параллельное соединение конденсаторов
- •Энергия заряженного конденсатора
- •3.2. Напряженность электростатического поля двух
- •3.3. Поле равномерно заряженной сферической поверхности
- •Электрический диполь
- •Поляризация диэлектрика
- •Электрическое поле в диэлектриках
- •17.Теорема Гаусса для поля вектора поляризации. Теорема Гаусса для поля вектора электрического смещения. Связь между векторами d и e.
- •Сила тока, плотность тока
- •Уравнение непрерывности
- •Закон Ома для однородного участка цепи
- •20,Сторонние силы. Закон Ома для неоднородного участка цепи.
- •21,Работа, мощность, кпд источника тока. Тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца.
- •22,Переходные процессы в конденсаторах. Правила Кирхгофа.
- •Закон Ома для неоднородного участка цепи запишем в виде
- •Первое правило Кирхгофа
- •23,Источники магнитного поля. Сила взаимодействия, движущихся зарядов.
- •24,Магнитное поле движущего заряда. Магнитный поток.
- •26,Магнитное поле соленоида. Проводник с током в магнитном поле. Взаимодействие параллельных токов. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Магнитное поле соленоида
- •27. Закон Био-Савара-Лапласа. Момент сил, действующий на контур с током. Работа перемещения контура с током в магнитном поле.
- •28. Закон электромагнитной индукции. Индуктивность. Явление самоиндукции.
- •3.18. Индуктивность
- •29. Вектор намагничивания. Циркуляция вектора j. Циркуляция вектора н.
- •30. Ток смещения. Уравнения Максвелла в интегральной форме.
- •Свойства уравнений Максвелла:1. Уравнения Максвелла линейны.
- •32. Электромагнитные волны. Поток энергии электромагнитного поля (Вектор Умова-Пойтинга).
- •33. Проводники, диэлектрики и полупроводники в зонной теории. Примесные полупроводники. Понятие сверхпроводимости. Проводники, диэлектрики и полупроводники в зонной теории
- •9.13. Понятие о сверхпроводимости
- •34. Типы магнетиков (Диамагнетизм, парамагнетизм, ферромагнетизм, понятие о петле гистерезиса, применение магнетиков).
- •Парамагнетизм
- •Ферромагнетизм
- •Применение магнетиков
9.2. Параллельное соединение конденсаторов
Рис.
13
При параллельном соединении все конденсаторы имеют постоянную разность потенциалов
1 2 = сonst. Полный заряд батареи конденсаторов (рис. 1.31): q = q1 + q2 +...+ qn
По определению емкость батареи конденсаторов ,
где .
Следовательно,
С = С1 + С2 + ... + Сn. (18)
12. Энергия и плотность энергии электрического поля. Энергия заряженного конденсатора.
Как известно из механики (см. ч. I, (6.2)), работа равна убыли потенциальной энергии:
в данном случае речь идет о потенциальной энергии правой пластины в поле левой.
С другой стороны, мы можем считать, что потенциальная энергия была запасена в электрическом поле. Так как поле исчезло из объема , значит, убыль потенциальной энергии следующим образом связана, в соответствии с (5.10), с напряженностью поля:
(5.11)
Введем понятие плотности энергии электрического поля w в соответствии со следующим определением:
, (5.12)
где W – энергия электрического поля, запасенная в объеме V.
С учетом (5.11) из (5.12) для плотности энергии электрического поля в вакууме получим:
Если пространство, где создано электрическое поле напряженностью Е, заполнено диэлектриком, то в соответствии с выводом (4.7) из лекции 4, следует заменить на , тогда, для плотности энергии электрического поля в диэлектрике, имеем:
. (5.13)
Если поле неоднородно, то тогда, зная плотность энергии поля в каждой точке, можно следующим образом найти энергию поля, заключенную в любом объеме V:
(5.14)
Энергия заряженного конденсатора
Энергию W заряженного конденсатора найдем, умножив w из (5.13) на объем конденсатора V = Sd. Выразив, в соответствии с (3.22), напряженность электрического поля Е через разность потенциалов (напряжение) U, получим:
С учетом формулы емкости плоского конденсатора (5.5) для энергии заряженного до напряжения U конденсатора емкостью С имеем следующее выражение:
(5.15)
Формула (5.15) верна для конденсаторов любой формы, хотя получили мы ее для частного случая плоского конденсатора.
13. Теорема Гаусса в интегральной и дифференциальной форме
Вычислим поток вектора напряженности электрического поля через замкнутую поверхность. Первоначально будем считать, что поверхность – сфера, а в центре ее находится точечный заряд q. Напряженность электрического поля точечного заряда определяется выражением . Вектор нормали к сферической поверхности совпадает с направлением радиуса сферы, поэтому в данном случае поток равен:
Потоком вектора напряженности электрического поля называют интеграл по поверхности от скалярного произведения векторов и dS.
(1)
Элементарный поток вектора напряженности электростатического поля
, (2)
где Еn проекция вектора на нормаль .
Рис. 2.2
теорема Гаусса: поток вектора напряженности электрического поля через любую замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов, находящихся внутри поверхности, деленной на – электрическую постоянную.
Таким образом, при V 0 в формуле (8) его левая часть стремится к diV, а правая к .
Следовательно, . (10)
Формула (10) выражает теорему Гаусса в дифференциальной форме.
Запись формул и действия с ними упрощаются при введении векторного дифференциального оператора
, (11)
где единичные векторы осей Х, У, Z соответственно.
Векторный дифференциальный оператор приобретает вполне определенный смысл только в сочетании со скалярной или векторной функцией, на которую символически умножается, т. е. теорему Гаусса в дифференциальной форме
= (12)
Теорема Гаусса является локальной, т. е. дивергенция поля в заданной точке этого поля зависит только от объемной плотности электрического заряда.
14. Применение теоремы Гаусса. Электрическое поле равномерно заряженной плоскости. Уравнения Пуассона и Лапласа Поле бесконечной равномерно заряженной плоскости
. Электрическое поле равномерно заряженной плоскости
Пусть бесконечная плоскость равномерно заряжена с поверхностной плотностью заряда +.
Рис.
3
В симметричных точках этого поля вектор равен по модулю и противоположен по направлению. В связи с этим в качестве замкнутой поверхности можно выбрать цилиндрическую (рис. 3). Полный поток вектора пронизывающий
Фе = 2ЕS.
Согласно теореме Гаусса
,
где . Таким образом, или , (13)
где Еn проекция вектора на нормаль (, рис. 3).
Если 0, то Еn 0, т. е. вектор направлен от заряженной плоскости (линии напряженности начинаются на положительных зарядах).
Если 0, то Еn 0, т. е. вектор форме направлен к заряженной плоскости (линии напряженности оканчиваются на отрицательных зарядах).
Согласно (13) напряженность электростатического поля, созданного равномерно заряженной бесконечной плоскостью, не зависит от расстояния до нее, а поле является однородным справа и слева от плоскости.