Момент сил, действующий на диполь во внешнем электрическом поле

Поместим диполь в электрическое поле (рис. 17.4). Пусть направление диполя составляет с направлением вектора напряженности некоторый угол . На отрицательный заряд действует сила , направленная против поля, на положительный заряд действует сила , направленная вдоль поля.
Рис. 17.4

Эти силы образуют пару сил с вращающим моментом:

.

В векторном виде:

 

Диполь в однородном внешнем поле поворачивается под действием вращающего момента таким образом, чтобы сила, действующая на положительный заряд диполя, совпадала по направлению с вектором и осью диполя. Этому положению соответствует и

Энергия диполя в электрическом поле
Имеется в виду потенциальная энергия диполя в однородном электрическом поле, которая, если диполь "отпустить", произведёт работу, поворачивая диполь. Работа при вращательном движении соответствует убыли потенциальной энергии диполя:

 

Отсюда потенциальная энергия диполя:

Энергия диполя:

· минимальна (W = -pE), когда p и E параллельны,

· максимальна (рЕ), когда антипараллельны,

· равна нулю, когда перпендикулярны.

 

14. Полярные и неполярные диэлектрики.Все диэлектрики делятся на две категории. Диэлектрики, относящиеся к первой категории, имеют молекулы, которые даже в отсутствии внешнего электрического поля образуют диполи. Они называются полярными. К полярным диэлектрикам относятся вода аммиак ацетон и эфир. Диполи таких диэлектриков в отсутствии поля расположены хаотически вследствие теплового движения. И, следовательно, заряд на поверхности такого вещества равен нулю.

Но при внесении его во внешнее электрическое поля диполи то есть молекула стремятся развернуться вдоль поля. Получается, что положительный заряд предыдущего диполя смотрит на отрицательный следующего. Следовательно, они компенсируют друг друга. Но вот диполям находящимся возле самой поверхности не находится пара. Таким образом, на поверхности материала образуются нескомпенсированые связанные заряды. С одной стороны положительные с другой отрицательные. Но этому препятствует тепловое движение молекул.

Рисунок 1 — поляризация полярного диэлектрика

 

Вторая категория диэлектриков это те, у которых внутри молекулы в свободном состоянии есть положительный и отрицательный заряды. Но они находятся так близко друг к другу, что их влияние взаимно компенсируется. Но при внесении такой молекулы в поле заряды сместятся на некоторое расстояние. Таким образом, образуется диполь. На такие молекулы не влияет тепловое движение и, следовательно, поляризация в них не зависит от температуры.

Рисунок 2 — поляризация неполярного диэлектрика

 

15. Связанные и сторонние заряды.

где E₀ - напряженность поля сторонних зарядов, а E'- связанных зарядов. Связанными зарядами называются нескомпенсированные заряды, появляющиеся в результате поляризации молекул диэлектрика, тогда как сторонними - свободные заряды, находящиеся в диэлектрике или вне его. E₀ и E'представляют собой макрополя, т.е. усредненные по некоторому малому объему микрополя, создаваемые сторонними и связанными зарядами, соответственно.

 

 

16. Электрическое поле в диэлектрике.

17.

18. Поляризованность P:

19. Связь Р и Е.

20. Зависимость поляризованности от температуры и частоты внешнего поля.

В слабых полях:

В сильных полях: В достаточно сильных полях всё описанное выше осложняется тем, что по мере роста напряженности электрического поля рано или поздно теряется линейность зависимости P от E.

21.

 

22. Интегральная форма теоремы Гаусса:

дифференциальная форма теоремы Гаусса:

 

23. Физический смысл коэффициента относительной диэлектрической проницаемости:Это безразмерная физическая величина, характеризующая свойства изолирующей среды. Она показывает, во сколько раз взаимодействие между зарядами в однородной среде меньше, чем в ваакуме.

24. Граничные условия для векторов E и D: Для касательных составляющих вектора электрической индукции граничное условие имеет вид

Таким образом, при переходе через границу раздела диэлектрических сред касательная составляющая вектора непрерывна, а касательная составляющая вектора терпит разрыв.

25. Проводник в электрическом поле: 1)Если проводник поместить во внешнее электростатическое поле или зарядить его, то на заряды данного проводника будет действовать электростатическое поле, под действием которого они начнут двигаться. Движение зарядов (ток) будет длиться до тех пор, пока не установится равновесное распределение зарядов, при котором электростатическое поле внутри данного проводника обращается в нуль. Это происходит в течение очень короткого времени. Значит, напряженность поля во всех точках внутри проводника равна нулю:

2)Если внутри проводника электрического поле отсутствует, то потенциал во всех точках внутри проводника одинаков (φ = const), т. е.поверхность проводника в электростатическом поле является эквипотенциальной.

3) Если проводнику дать некоторый дополнительный заряд Q, то нескомпенсированные заряды разместяться только на поверхности проводника.

26. Электростатическая защита — помещение приборов, чувствительных к электрическому полю, внутрь замкнутой проводящей оболочки для экранирования от внешнего электрического поля.

27. Уравнение Пуассона.В трёхмерной декартовой системе координат уравнение принимает форму:

В декартовой системе координат оператор Лапласа записывается в форме и уравнение Пуассона принимает вид:

Если f стремится к нулю, то уравнение Пуассона превращается в уравнение Лапласа (уравнение Лапласа — частный случай уравнения Пуассона):

28. Точечный заряд - проводящая плоскость.

29. Точечный заряд - проводящая сфера. Потенциал в точке p от зарядов qи q`пропорционален сумме

и будет равен нулю во всех точках, для которых

 

Если мы помещаем q` на расстоянии а²/b от центра, то отношение r₂/r₁ равно постоянной величине alb. Тогда если

то сфера станет эквипотенциалью. Потенциал ее на самом деле будет равен нулю.

 

30. Электроемкость проводника. Электроемкость шара.

31. Конденсатор:двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.

Электроемкость конденсатора:

Электроемкости плоского конденсатора:

(сферический конденсатор),
(цилиндрический конденсатор).

Параллельное соединение конденсаторов:

Емкость последовательно соединенных конденсаторов:

32. Энергия взаимодействия системы электрических зарядов:

Энергия системы заряженных проводников:
Энергия конденсатора:

Энергия электрического поля и в диэлектрике:

Плотность энергии электрического поля:

33. Магни́тное по́ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения, магнитная составляющая электромагнитного поля.

34. Сила Лоренца (Магнитное поле равномерно движущегося заряда): - Fл = q·V·B·sina где q - заряд частицы;
V - скорость заряда;
B - индукции магнитного поля;
a - угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции.

35. Принцип суперпозиции:один из самых общих законов во многих разделах физики. В самой простой формулировке принцип суперпозиции гласит: результат воздействия на частицу нескольких внешних сил есть векторная сумма воздействия этих сил.

Наиболее известен принцип суперпозиции в электростатике, в которой он утверждает, что напряженность электростатического поля, создаваемого в данной точке системой зарядов, есть сумма напряженностей полей отдельных зарядов.

36. Закон био-савара-лапласа:

37. Применение законабио-савара-лапласа для расчета магнитных полей:

38. Магнитное поле прямого тока:

39. Магнитное поле на оси кругового тока: .

40. Теорема гаусса для поля B: - дифференциальный вид.

-интегральный.

41. Теорема о циркуляции вектора магнитной индукции в интегральной форме:

- в дифференциальной.

42.Применение т. О циркуляции B: поле бесконечно прямого проводника с током

Поле соленоида

Поле тороида:

Поле с током:

42. Сила Ампера:

43. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле:

44. Магнитный потокΦ =B·S· cos α

на контуре максимален:Φ_max=B·S

45. Момент сил действующих на контур с током в магнитном поле: ,