Новости звезд
Направление вектора электрического поля. Вектор напряженности направлен от заряда, если заряд положительный, и
«Заряд электрического поля» - При электризации электроны переходят от одних тел к другим. Вектор напряженности электрического поля, созданного двумя одинаковыми зарядами в точке С, направлен... 1) Влево 2) Вниз 3) Вверх 4) Вправо. Во втором проводнике при перемещении такого же заряда электрическое поле совершает работу 40 Дж. Притяжение отталкивание взаимодействие отсутствует.
Понятие векторов было введено с использованием примеров векторов смещения. Это, вероятно, самый простой тип векторных проблем, потому что они легче всего визуализировать. Есть два других типа векторных задач, которые будут изучены в этой главе, скорость и сила. В разрешенном разделе задачи будут разработаны методы решения проблем скорости и силы.
Неравновесные векторные задачи
Существуют два основных типа силовых проблем. Равновесные проблемы, когда известно, что объект находится в равновесии, и приведены некоторые из сил. Затем ученик должен определить необходимую недостающую силу для создания равновесия. Неравновесные проблемы, когда даны все силы, и их необходимо объединить, чтобы проверить, находится ли объект в равновесии, и определить величину несбалансированной силы, если таковая имеется, для поиска ускорения объекта. Большинство проблем, связанных с добавлением векторов скорости, довольно прямолинейны.
«Напряженность и потенциал электрического поля» - Почему акула быстро обнаруживает человека в воде? Цели урока: Почему акула быстро обнаруживает упавшего в воду человека? Некоторые практические примеры применения основных характеристик электрического поля. Расстояние между облаком и землей 2 км. Повторение. Между облаком и Землей возникла разность потенциалов 4 ГВ.
Типичная проблема будет иметь некоторый объект, например, лодку или самолет, которая имеет известную скорость через некоторую среду, воздух или воду, которая сама движется с известной скоростью. Результирующая скорость объекта будет векторной суммой двух скоростей. Нарисуйте хорошую векторную диаграмму, прежде чем пытаться выполнять какие-либо вычисления. Нет необходимости строить его в масштабе, но его нужно набросать, так что расстояния и углы находятся примерно в правильной пропорции друг к другу.
В этих типах задач обычно более логично набросать диаграмму так, чтобы второй вектор начинался в точке первого. Если два вектора находятся под прямым углом друг к другу, задача легко решается путем применения теоремы Пифагора, чтобы найти величину неизвестного вектора и с помощью тригонометрии найти любые неизвестные углы. Если векторы не находятся под прямым углом друг к другу, нарисуйте диаграмму по-прежнему, а затем разрешите один из векторов на компоненты, параллельные и перпендикулярные другому вектору.
«Электрический заряд тела» - Закон сохранения заряда 1.2. Взаимодействие электрических зарядов в вакууме. Вопроса и досрочная сдача экзамена 651 – 750 – три!!! Закон сохранения заряда. Следовательно, энергия электростатического взаимодействия – потенциальная энергия. Вопросов и сдача экзамена только в назначенный срок, т.Е. По расписанию.
Оба типа проблем проиллюстрированы ниже. Какова будет конечная скорость лодки? Первый шаг - нарисовать векторную диаграмму, как показано на рисунке. Самолет может летать со скоростью 200 миль в час в неподвижном воздухе и хочет летать на западе. На юго-западе ветер дует в 25 миль в час. Определите направление, в котором пилот должен указывать плоскость, чтобы лететь в нужном направлении и определить результирующую скорость плоскости.
Направление конечной скорости плоскости. Направления были настроены так, как они были бы на карте, с запада налево и на север в верхней части диаграммы. Линия восточно-западная тянется для справки. Поскольку подшипник плоскости неизвестен в этой точке, вектор, представляющий скорость плоскости, нарисован под удобным углом к югу от запада. Однако ветер нарисован примерно под углом 45 градусов к востоку от западной линии. Также обратите внимание, что конец вектора ветра должен лежать на восточной линии, так как самолет должен лететь на запад.
«Потенциал поля» - Потенциал электростатического поля. Величина потенциала считается относительно выбранного нулевого уровня. Все точки внутри проводника имеют одинаковый потенциал (=0). Всякое электростатическое поле-потенциально. На замкнутой траектории работа электростатического поля равна 0. Свойства. Напряженность внутри проводника = 0, значит и разность потенциалов внутри = 0.
Поскольку векторы не перпендикулярны друг другу, необходимо выбрать удобный набор осей и разрешить все векторы на компоненты, параллельные осям. В этом случае логично разрешить все векторы на компоненты, которые являются северными и восточными. Чтобы найти различные векторные компоненты, действуйте следующим образом.
Полученная скорость представляет собой западную составляющую скорости плоскости минус восточная составляющая скорости ветра. Какова будет скорость лодки в конце 10 секунд? Конечная скорость лодки: величина и направление. Они представлены пунктирными линиями. Таким образом, восточная и северная составляющие конечной скорости.
«Электрическое поле и его напряжённость» - Линии электрического поля начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных. Линии напряженности для двух пластин. Действует на электрические заряды с некоторой силой. Согласно идее Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. «Электрическое поле. Какие существуют виды электрических зарядов?
Одной из наиболее сложных частей этих проблем является идентификация всех сил, действующих на объект. Поэтому обязательно рисуйте любые векторы в правильном направлении. За исключением полевых сил, все силы будут применены к объекту в точке контакта с другим объектом. Обычно величины или направления одной или двух сил неизвестны. В этих случаях оценивают правильное положение и приблизительное направление любой неизвестной силы и представляют любые неизвестные длины или углы по переменным. В настоящее время все силы будут параллельными, то есть, если векторы силы будут выдвинуты назад, все они будут встречаться в общей точке.
«Напряженность электрического поля» - Единица измерения напряжения в системе СИ: [ U ] = 1 B 1 Вольт равен электрическому напряжению на участке цепи, где при протекании заряда, равного 1 Кл, совершается работа, равная 1 Дж: 1 В = 1 Дж/1 Кл. В 1979 г. в США было получено в лабораторных условиях самое высокое напряжение. Напряжение характеризует электрическое поле, создаваемое током.
Проблемы, связанные с неавторическими силами, требуют определения крутящих моментов и вращательного равновесия и будут изучены позднее. При создании векторных диаграмм для этих проблем обычно лучше всего нарисовать все векторы, исходящие из общей точки. Затем выберите удобный набор перпендикулярных осей и разрешите все векторы на компоненты, параллельные этим осям. В большинстве случаев лучший набор осей будет горизонтальным и вертикальным. Однако будьте настороже в ситуациях, когда другой выбор осей упростит проблему.
Например, с объектом, расположенным на наклонной поверхности, лучший выбор осей является параллельным и перпендикулярным наклону, а не вертикальным и горизонтальным. Поскольку объект, как известно, находится в равновесии, сумма х-компонентов и сумма составляющих у должны быть равны нулю.
Всего в теме 10 презентаций
5. Электростатика
Закон Кулона
1. Заряженные тела взаимодействуют. В природе существует два вида зарядов, их условно называют положительными и отрицательными. Заряды одного знака (одноименные) отталкиваются, заряды противоположных знаков (разноименные) притягиваются. Единица измерения зарядов в системе СИ – кулон (обозначается
Это обеспечит два уравнения и позволит вам решить до двух неизвестных, будь то силы или углы. Разнообразие задач, связанных с добавлением сил, почти бесконечно, поэтому невозможно привести примеры каждого типа проблемы. Изучите подход к каждой проблеме, решенный ниже, и когда вы сталкиваетесь с новым типом проблемы, попробуйте применить те же методы.
Коробка с массой 10 кг лежит на поверхности без трения, которая делает угол 25 ° с горизонтальным. Какое большое усилие должно быть применено к коробке, параллельно уклону, чтобы держать коробку неподвижной на уклоне? Нарисуйте диаграмму окна и наклон, как показано на рисунке.
2. В природе существует минимально возможный заряд. Его называют
элементарным и обозначают e . Численное значение элементарного зарядаe ≈ 1,6 10–19 Кл, Заряд электронаq электр = –e , заряд протонаq протона = +e . Все заряды
в природе кратны элементарному заряду.
3. В электрически изолированной системе алгебраическая сумма зарядов остается неизменной. Например, если соединить два одинаковых металлических шарика с зарядами q 1 = 5 нКл = 5 10–9 Кл иq 2 = – 1 нКл, то заряды распределятся
Затем нарисуйте вторую диаграмму, показывающую только силы, действующие на коробку, как показано на рисунке. Чтобы найти вес, помните, что. В этом случае лучшие оси параллельны и перпендикулярны поверхности уклона и показаны на рисунке. Наконец, нарисуйте векторную диаграмму и разрешите любой вектор, который не лежит на одном из оси на компоненты, параллельные одной из двух осей. В этом случае вы закончите в этот момент. В некоторых случаях вы получите набор одновременных уравнений, которые необходимо решить, чтобы получить желаемый ответ.
Коробка массой 10 кг лежит на горизонтальном полу. Коэффициент трения скольжения между коробкой и полом Мальчик толкает коробку через пол с постоянной скоростью. Сила прикладывается вниз к коробке под углом 30º к горизонтали. Сила трения в μ раз превышает нормальную силу. Общей ошибкой на данный момент является установка нормальной силы, равной весу, но это неверно. Из рисунка 8 следует, что нормальная сила должна быть равна сумме веса и нисходящей составляющей приложенной силы.
между шариками поровну и заряд q каждого из шариков станет равным
q = (q 1 + q 2 ) / 2= 2 нКл.
4. Заряд называется точечным, если его геометрические размеры значительно меньше расстояний, на которых изучается действие этого заряда на другие заряды.
5. Закон Кулона определяет величину силы электрического взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов q 1 иq 2 , расположенных на расстоянииr друг от друга (рис.1)
Студент может продемонстрировать, что решение этой системы уравнений. Эта проблема имеет много альтернативных форм, и студент должен попытаться сформулировать некоторые из них и решить их или, по крайней мере, убедиться, что он может нарисовать правильные диаграммы. Эти формы включают в себя: та же проблема с силой, применяемой по горизонтали, та же проблема с коробкой, которая тянется веревкой, которая делает определенный угол с горизонтальной, та же проблема с коробкой на склоне и силой, приложенной параллельно наклону или под другим углом относительно наклона.
k |q | |q | ||||||
F = | F | |= |F | |||||
Здесь F 12 - сила, действующая на первый заряд со стороны второго,F 21 - сила,
Легкий канат длиной 10 м прикрепляется на каждом конце к деревьям на расстоянии 8 м друг от друга в точках на той же высоте над землей. Объект, имеющий массу 50 кг, подвешен к веревке в точке 4 м с одного конца, как показано на рисунке. Рассчитайте силу в канате по обе стороны объекта.
Сначала необходимо определить угол, сделанный с обеих сторон веревки с горизонтальной. Так как веревка прикреплена к деревьям на одной высоте, расстояние от точки прикрепления до самой нижней точки на каждом конце одинаково. Применяя теорему Пифагора к каждому из двух треугольников, получаем. Решая эти уравнения, находим, что.
действующая на второй заряд со стороны первого, k ≈ 9 10 9 Н м2 /Кл2 – постоянная в законе Кулона. В системе СИ эту постоянную принято записывать в виде
k = 4 πε 1 0 ,
где ε 0 ≈ 8,85 10 − 12 Ф/м – электрическая постоянная.
6. Сила взаимодействия двух точечных зарядов не зависит от наличия вблизи этих зарядов других заряженных тел. Это утверждение называют принципом суперпозиции.
Используйте тригонометрию, чтобы найти значения двух углов α и β следующим образом. Следующие ниже приведенные диаграммы используются для практических задач ниже. В физике термин «поле» необходим для описания и расчета электромагнитных явлений и эффектов. Этот термин довольно абстрактен. Для нынешних потребностей он должен описать распределение сил в космосе. Примером немагнитного поля является гравитационное или гравитационное поле Земли. Гравитационная сила действует на каждую массу и перемещает ее к центру Земли.
На рисунке сила показана стрелкой, длина представляет собой величину силы, направление стрелки - направление силы. В случае электромагнитных полей задействуются как электрические поля, так и магнитные поля. Электрическое поле существует везде, где есть электрическое напряжение. Примерами являются электростатические заряды или естественные падения напряжения между металлами. Чем больше градиент напряжения, тем сильнее электрическое поле. Как только электрический ток течет, создается магнитное поле.
Вектор напряженности электрического поля
1. Поместим вблизи неподвижного заряженного тела (или нескольких тел) точечный заряд q . Будем считать, что величина зарядаq настолько мала, что он не вызывает перемещение зарядов в других телах (такой заряд называют пробным).
Со стороны заряженного тела на неподвижный пробный заряд q будет действовать силаF . В соответствии с законом Кулона и принципом суперпозиции силаF будет пропорциональна величине зарядаq . Это означает, что, если величину пробного заряда увеличить, например в 2 раза, то величина силыF возрастет тоже в 2 раза, если знак зарядаq сменить на противоположный, то и сила сменит направление на противоположное. Такую пропорциональность можно выразить формулой
Движущиеся заряды «производят» магнитные поля. Чем больше зарядов перемещается, тем сильнее магнитное поле. Полевые силы и полевая линия. Сила, которая может быть измерена в определенной точке пространства, называется «напряженностью поля». Объект, перемещенный этой силой, описывает путь, называемый «полем линии». Силы поля всегда касаются линий поля. Силы поля, таким образом, указывают на то, насколько велики силы, которые поле оказывает на заряды и линии поля, указывают на пространственное направление этой силы.
В соглашении говорится, что направление вектора напряженности электрического поля указывает на отрицательный заряд. Это означает, что электрон в электрическом поле испытывает силу, направленную против вектора напряженности поля. Таким образом, электроны протекают в противоположном направлении к вектору напряженности электрического поля, а направление технического тока, используемое в схемах и расчетах, указывает в направлении сил электрического поля.
F = qE.
Вектор E называется вектором напряженности электрического поля. Этот вектор зависит от распределения зарядов в телах, создающих электрическое поле, и
от положения точки, в которой указанным способом определен вектор E . Можно сказать, что вектор напряженности электрического поля равен силе, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку пространства.
Определение E G = F G /q можно обобщить и на случай переменных (зависящих от времени) полей.
2. Вычислим вектор напряженности электрического поля, созданного неподвижным точечным зарядом Q . Выберем некоторую точкуA , расположенную на расстоянииr от точечного зарядаQ . Чтобы определить вектор напряженности в этой точке, мысленно поместим в нее положительный пробный зарядq . На
пробный заряд со стороны точечного заряда Q будет действовать сила притяжения или отталкивания в зависимости от знака зарядаQ . Величина этой силы равна
F = k| Q| q. r2
Следовательно, модуль вектора напряженности электрического поля, созданного неподвижным точечным зарядом Q в точкеA , удаленной от него на расстояниеr , равен
E = k r |Q 2 |.
Вектор E G начинается в точкеA и направлен от зарядаQ , еслиQ > 0 , и к зарядуQ ,
если Q < 0 .
3. Если электрическое поле создается несколькими точечными зарядами, то вектор напряженности в произвольной точке можно найти при помощи принципа суперпозиции полей.
4. Силовой линией (линией вектора E ) называют геометрическую линию,
касательная к которой в каждой точке совпадает с вектором E в этой точке.
Иными словами, вектор E направлен по касательной к силовой линии в каждой ее точке. Силовой линии приписывают направление - вдоль вектораE . Картина силовых линий является наглядным образом силового поля, дает представление о пространственной структуре поля, его источниках, позволяет определять направление вектора напряженности в любой точке.
5. Однородным электрическим полем называют поле, вектор E которого одинаков (по величине и направлению) во всех точках. Такое поле создает, например, равномерно заряженная плоскость в точках, расположенных достаточно близко от этой плоскости.
6. Поле однородно заряженного по поверхности шара равно нулю внутри шара,
а вне шара совпадает с полем точечного заряда Q , расположенного в центре шара:
k | Q| | при r > R | ||
E = r2 | |||
при r < R | |||
где Q – заряд шара,R – его радиус,r – расстояние от центра шара до точки, в
которой определяется вектор E .
7. В диэлектриках поле ослабляется. Например, точечный заряд или однородно заряженный по поверхности шар, погруженные в масло, создают электрическое поле
E = k ε |r Q 2 |,
где r – расстояние от точечного заряда или центра шара до точки, в которой определяется вектор напряженности,ε - диэлектрическая проницаемость масла. Диэлектрическая проницаемость зависит от свойств вещества. Диэлектрическая проницаемость вакуумаε = 1, диэлектрическая проницаемость воздуха очень близка к единице (при решении задач обычно ее считают равной 1), для иных газообразных, жидких и твердых диэлектриковε > 1.
8. При равновесии зарядов (если нет их упорядоченного движения) напряженность электрического поля внутри проводников равна нулю.
Работа в электрическом поле. Разность потенциалов.
1. Поле неподвижных зарядов (электростатическое поле) обладает важным свойством: работа сил электростатического поля по перемещению пробного заряда из некоторой точки 1 в точку 2 не зависит от формы траектории, а определяется только положениями начальной и конечной точек. Поля, обладающие таким свойством, называются консервативными. Свойство консервативности позволяет определить так называемую разность потенциалов для двух любых точек поля.
Разность потенциалов ϕ 1 −ϕ 2 в точках 1 и 2 равна отношению работыA 12 сил поля по перемещению пробного зарядаq из точки 1 в точку 2 квеличинеэтого заряда:
ϕ1 - ϕ2 =A q 12 .
Такое определение разности потенциалов имеет смысл только потому, что работа не зависит от формы траектории, а определяется положениями начальной и конечной точек траекторий. В системе СИ разность потенциалов измеряется в вольтах: 1В = Дж/Кл.
Конденсаторы
1. Конденсатор состоит из двух проводников (их называют обкладками), отделенных один от другого слоем диэлектрика (рис.2), причем заряд одной
обкладки Q , а другой –Q . Заряд положительной обкладкиQ называют зарядом конденсатора.
2. Можно показать, что разность потенциалов ϕ 1 −ϕ 2 между обкладками пропорциональна величине зарядаQ , то есть, если, например, зарядQ увеличить в 2 раза, то и разность потенциалов увеличится в 2 раза.
ε S
ϕ 1ϕ 2
Рис.2 Рис.3
Такую пропорциональность можно выразить формулой
Q = C (ϕ 1 -ϕ 2 ) ,
где C - коэффициент пропорциональности между зарядом конденсатора и разностью потенциалов между его обкладками. Этот коэффициент называют электроемкостью или просто емкостью конденсатора. Емкость зависит от геометрических размеров обкладок, их взаимного расположения и диэлектрической проницаемости среды. Разность потенциалов называют также напряжением, которое обозначаютU . Тогда
Q = CU.
3. Плоский конденсатор представляет собой две плоские проводящие пластины, расположенные параллельно друг другу на расстоянии d (рис.3). Это расстояние предполагается малым по сравнению с линейными размерами пластин. Площадь каждой пластины (обкладки конденсатора) равнаS , заряд одной пластиныQ , а другой –Q .
На некотором расстоянии от краев поле между пластинами можно считать однородным. Поэтому ϕ 1 -ϕ 2 = Ed , или
U = Ed.
Емкость плоского конденсатора определяется формулой
C = εε d 0 S ,
где ε 0 =8,85 10–12 Ф/м – электрическая постоянная,ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрика между обкладками. Из этой формулы видно, что для получения конденсатора большой емкости нужно увеличивать площадь обкладок и уменьшать расстояние между ними. Наличие между обкладками диэлектрика с большой диэлектрической проницаемостьюε также приводит к увеличению емкости. Роль диэлектрика между обкладками состоит не только в повышении диэлектрической проницаемости. Важно также, что хорошие диэлектрики могут выдерживать высокое электрическое поле, не допуская пробоя между обкладками.
В системе СИ емкость измеряют в фарадах. Плоский конденсатор в одну фараду имел бы гигантские размеры. Площадь каждой пластины была бы примерно равна 100 км2 при расстоянии между ними 1 мм. Конденсаторы широко используются в технике, в частности, для накопления зарядов.
4. Если обкладки заряженного конденсатора замкнуть металлическим проводником, то в проводнике возникнет электрический ток и конденсатор разрядится. При протекании тока в проводнике выделится определенное количество теплоты, а это означает, что заряженный конденсатор обладает энергией. Можно показать, что энергия любого заряженного конденсатора (не обязательно плоского) определяется формулой
W = 1 2 CU2 .
Учитывая, что Q = CU , формулу для энергии можно переписать также в виде
W = Q 2 =QU .
