Электрическое поле. Проводники и изоляторы в электрическом поле

Изучение сути закона Кулона - закона взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел или частиц. Электрическое поле и линии его напряженности. Проводники и изоляторы в электрическом поле. Поляризация изоляторов (диэлектриков), помещенных в поле.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УПРАВЛЕНИЯ И ЭКОНОМИКИ

Киришский филиал

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Дисциплина: Естествознание

Тема: «Электрическое поле. Проводники и изоляторы в электрическом поле»

Выполнила студентка колледжа:

Фёдорова Крисина Сергеевна

Проверил: преподаватель Калинин В. А.

Кириши 2012



Содержание

Введение

1. Закон Кулона

1.1 Электрическое поле

1.2 Напряженность электрического поля

1.3 Линии напряженности электрического поля

2. Проводники и изоляторы в электрическом поле

Заключение

Литература



Введение

Что же такое электрическое поле? Его существование в пространстве столь же достоверно, сколь и существование самих зарядов. Электрическое поле представляет собой особое, специфическое состояние материи. Мы не можем разъяснить, что такое поле, не рассказав, из чего оно состоит: ничего более простого, чем электрическое поле, мы не знаем, подобно тому, как мы не знаем ничего более простого, чем элементарные частицы. Наше представление о том, что такое электрическое поле, образуется в результате опытного исследования свойств поля. Основное его свойство заключается в способности действовать на электрический заряд с определенной силой. По величине этой силы можно судить о величине поля. Помещая один и тот же электрический заряд в различные участки электрического поля, мы замечаем, что сила, действующая на него, будет меняться.

Следовательно, величина поля в различных точках пространства будет различной. Принято характеризовать величину поля силой действующей на положительный заряд, равный единице. Эта характеристика поля называется напряженностью электрического поля. Распределение электрического поля в пространстве можно считать известным, если мы знаем напряженность поля в каждой точке. В учении об электричестве понятие поля играет основную роль. После введения представления о поле центр тяжести в исследовании электромагнитных процессов сосредоточивается уже не на изучении самих зарядов, а на изучении свойств пространства между ними, заполненного электрическим полем. В каждой точке пространства поле действует на положительный заряд с некоторой силой, имеющей определенное направление. Это направление принимается за направление поля. Силовой линией называется линия, касательная к которой в каждой точке указывает направление поля.

Электрическое поле непосредственно не действует на наши органы чувств. С этим, кстати, связаны некоторые затруднения при введении представлений о поле: ведь нелегко убедиться в реальности того, что мы непосредственно не ощущаем.



1. Закон Кулона

В 1785 г. французский физик Шарль Кулон экспериментально установил основной закон электростатики - закон взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел или частиц.

Закон взаимодействия неподвижных электрических зарядов - закон Кулона - основной (фундаментальный) физический закон и может быть установлен только опытным путем. Ни из каких других законов природы он не вытекает.

Если обозначить модули зарядов через |q1| и |q2|, то закон Кулона можно записать в следующей форме:

F=k?|q1|?|q2|r2, (1)

где k - коэффициент пропорциональности, значение которого зависит от выбора единиц электрического заряда. В системе СИ k=14р?е0=9?109Н·м2/Кл2, где е0 - электрическая постоянная, равная 8,85·10-12Кл2/Н·м2.

Формулировка закона:

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Эту силу называют кулоновской.

Закон Кулона в данной формулировке справедлив только для точечных заряженных тел, т.к. только них понятие расстояния между зарядами имеет определенный смысл. Точечных заряженных тел в природе нет. Но если расстояние между телами во много раз больше их размеров, то ни форма, ни размеры заряженных тел существенно, как показывает опыт, не влияют на взаимодействие между ними. В этом случае тела можно рассматривать как точечные.

Легко обнаружить, что два заряженных шарика, подвешенные на нитях, либо притягиваются друг к другу, либо отталкиваются. Отсюда следует, что силы взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел направлены вдоль прямой, соединяющей эти тела. Подобные силы называют центральными. Если через F?1,2 обозначить силу, действующую на первый заряд со стороны второго, а через F?2,1- силу, действующую на второй заряд со стороны первого (рис. 1), то, согласно третьему закону Ньютона,F?1,2=?F?2,1. Обозначим через \vec r_{1,2} радиус-вектор, проведенный от второго заряда к первому (рис. 2), тогда

F?1,2=k?q1?q2r31,2?r?1,2. (2)

•

Рис. 1

•

Рис. 2

Если знаки зарядов q1 и q2 одинаковы, то направление силы F?1,2совпадает с направлением вектора r?1,2; в противном случае векторы F?1,2 и r?1,2направлены в противоположные стороны.

Зная закон взаимодействия точечных заряженных тел, можно вычислить силу взаимодействия любых заряженных тел. Для этого тела нужно мысленно разбить на такие малые элементы, чтобы каждый из них можно было считать точечным. Складывая геометрически силы взаимодействия всех этих элементов друг с другом, можно вычислить результирующую силу взаимодействия.

Открытие закона Кулона - первый конкретный шаг в изучении свойств электрического заряда. Наличие электрического заряда у тел или элементарных частиц означает, что они взаимодействуют друг с другом по закону Кулона. Никаких отклонений от строгого выполнения закона Кулона в настоящее время не обнаружено.

1.2 Электрическое поле

Рассмотренный ранее закон Кулона устанавливает количественные и качественные особенности взаимодействия точечных электрических зарядов в вакууме. Однако этот закон не дает ответа на весьма важный вопрос о механизме взаимодействия зарядов, т.е. посредством чего передается действие одного заряда на другой. Поиск ответа на этот вопрос привел английского физика М. Фарадея к гипотезе о существовании электрического поля, справедливость которой была полностью подтверждена последующими исследованиями. Согласно идее Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый из них создает в окружающем пространстве электрическое поле. Поле одного заряда действует на другой заряд, и наоборот. По мере удаления от заряда поле ослабевает.

Электрическое поле материально - в том смысле, что оно существует независимо от нашего к нему отношения. Оно реально, поскольку можно зарегистрировать последствия взаимодействия между зарядами. Однако поле недоступно непосредственному восприятию через органы чувств и проявляется только через его действие на заряды.

Основные свойства и характеристики электрического поля можно установить, изучив взаимодействие зарядов.

Рассмотрим удаленный от других тел заряд q1, создающий электрическое поле, которое действует на заряд q2 с силой F?1,2. При перемещении заряда q2 сила F?1,2будет изменяться, но она нигде не обратится в ноль. Следовательно, заряд q1 создает поле во всем окружающем его пространстве. Точно также можно сделать вывод, что заряд q2 создает свое собственное поле, независимое от поля заряда q1. Значит, электрическое поле не локализовано в той или иной точке, а существует в целой области пространства. Его наличие можно определить по появлению силы, действующей на электрические заряды.

Все сказанное о свойствах электрического поля позволяет определить его следующим образом.

Электрическое поле - это особая форма материи, окружающая электрически заряженные тела и проявляющаяся в том, что на любой заряд, помещенный в любую точку этого поля, будет действовать сила.

Еще раз подчеркнем, что упомянутая сила и, тем самым, электрическое поле, действуют только на заряженные тела. С другой стороны, если мы поместили такое тело в некоторую точку пространства и не зарегистрировали действующую на него силу, то это еще не значит, что электрическое поле вовсе отсутствует. Для ответа на вопрос о наличии или отсутствии электрического поля в некоторой области пространства необходимо повторить эту процедуру для как можно большего количества точек области. Кроме того, вполне возможно, что параметры тела (его размеры, масса, величина и распределение заряда) не позволяют регистрирующему устройству откликнуться на действующую на него электрическую силу.

Итак, главное свойство электрического поля - действие его на электрические заряды с некоторой силой. По действию на заряд устанавливают существование поля, распределение его в пространстве, изучают все его характеристики.

Заметим, что электрическое поле является составной частью единого электромагнитного поля. Источником электрического поля могут быть, помимо электрических зарядов, и переменные магнитные поля. Однако не меняющееся во времени (электростатическое) электрическое поле может быть создано только неп...