Сопромат
Электротехника
Курсовая
Типовой
Фото
Энергетика
Геометрия
Физика

Лекции

Математика
Искусство
Контрольная

Курс

Примеры
Архитектура
На главную

Электростатика начало

Характеристики электростатического поля. Потенциал.

На любой заряд, находящийся в электростатическом поле действует сила. Следовательно, при движении этого заряда в поле совершается работа.
Рис. 1.Причем, для электростатических полей работа по перемещению заряда из одной точки пространства в другую не зависит от того, по какой траектории происходит перемещение, а определяется лишь его начальным и конечным положениями.

Как вы уже знаете из раздела "Механика", такие поля называются потенциальными, а создающие их силы консервативными. Работа по перемещению заряда по замкнутому контуру в потенциальном поле равняется нулю.

Величина, равная работе, совершаемой полем по перемещению единичного положительного заряда из точки 1 в точку 2 называется разностью потенциалов.

A/q = f1 - f2 = U12.

Единица измерения разности потенциалов 1 В = 1 Дж/1 Кл.

Разность потенциалов - это скалярная величина. Она является энергетической характеристикой электростатического поля. Зная разность потенциалов, можно рассчитать работу по перемещению заряда из точки 1 в точку 2.

A = q*(f1 - f2) = - q*Df.

Работу считаем положительной, если она совершается силами поля и отрицательной, если она совершается против сил поля.

Рис. 2.Проследим связь между напряженностью электростатического поля и разностью потенциалов в случае однородного поля. Предположим, что заряд q перемещается вдоль силовых линий из точки 1 в точку 2 (см. рис. 2.). Работа сил электростатического поля равна:

A = F*Dx = q*E*Dx = - q*Df.

Следовательно, E = - Df/Dx. Это выражение справедливо и для любого другого способа  перемещения заряда.
В однородном поле напряженность
E равна отношению разности потенциалов между двумя точками, к расстоянию между двумя точками вдоль направления силовых линий.

Работа - есть мера изменения энергии. Чтобы охарактеризовать каждую точку поля с энергетической точки зрения введем понятие потенциала точки поля. Потенциал численно равен работе, которую надо совершить чтобы переместить единичный положительный заряд из данной точки поля в точку с нулевым потенциалом.

В электротехнике отсчет потенциала производится относительно Земли (потенциал Земли принимают равным нулю), в радиотехнике - относительно металлического корпуса аппарата, в теоретической физике - относительно бесконечности.

Эквипотенциальные поверхности

Графическим изображением электростатического поля кроме линий напряженности служат эквипотенциальные поверхности - поверхности равного потенциала. Разность потенциалов между любыми двумя точками такой поверхности равна нулю, следовательно, равна нулю и работа электростатических сил при перемещении заряда по такой поверхности. Исходя из определения работы A = F*Dx*cos(a), последнее утверждение может иметь место только тогда, когда cos(a) = 0, т.е. направление перемещения перпендикулярно к действующей силе. Действительно, при наличии поля F не равняется нулю, а при перемещении Dx не равняется нулю.

Поскольку касательная к силовой линии совпадает по направлению с вектором напряженности (силы), то эквипотенциальные поверхности в любой точке перпендикулярны силовым линиям (см. рис. 3-5, эквипотенциальные поверхности показаны коричневым цветом, f = const).

Поле точечного заряда

Рис. 3.

Поле плоского конденсатора

Рис. 4.

Поле диполя

Рис. 5.

Чем теснее расположены эквипотенциальные поверхности, тем больше напряженность поля в данной точке пространства.

Справочник

Энергосбережение
Информатика
Расчет электроцепи
Атомная энергетика