III. Osnovne formule. Elektrostatika. Osnovni koncepti. Električno punjenje. Zakon održanja električnog naboja. Coulombov zakon. Princip superpozicije. Teorija djelovanja kratkog dometa. Potencijal električnog polja. Osnovni pojmovi iz elektrostatike kondenzatora
Osnovni pojmovi elektrostatike
Električni naboj (količina elektriciteta) je fizikalna skalarna veličina koja određuje sposobnost tijela da bude izvor elektromagnetskih polja i sudjeluje u elektromagnetskoj interakciji. Svaki eksperimentalno promatrani električni naboj uvijek je višekratnik elementarnog naboja. Elementarni električni naboj je temeljna fizikalna konstanta, minimalni dio (kvant) električnog naboja. Jednako približno 1,602·10?19 C.
Zakon o održanju električnog naboja kaže da je algebarski zbroj naboja u električno zatvorenom sustavu očuvan.
Gustoća naboja je količina naboja po jedinici duljine, površine ili volumena, čime se definiraju linearna, površinska i volumna gustoća naboja, koje se mjere u SI sustavu: u (tau)[C/m], u (d)[C / mÍ] odnosno u [Kl/mí]. Gustoća naboja može imati i pozitivne i negativne vrijednosti, to je zbog činjenice da postoje pozitivni i negativni naboji.
Elektrostatika je grana nauke o elektricitetu koja proučava međudjelovanje stacionarnih električnih naboja. Naboji u mirovanju međusobno djeluju kroz električno polje. F = 1/4P e0. · (|q1| · |q2|) / r2 (e0 ? 8,854187817 10?12 F/m) Ova interakcija se održava tijekom kretanja naboja i provodi se pomoću magnetskog polja.
Električno polje je posebna vrsta materije koja postoji oko bilo kojeg električnog naboja i očituje se svojim djelovanjem na druge naboje. Napetost je karakteristika sile električnog polja. omjer sile F koja djeluje na stacionarni točkasti naboj (V/m). Načelo superpozicije polja: jakost polja koju stvara sustav naboja jednaka je geometrijskom zbroju jakosti polja koju stvara svaki naboj.
Jakost polja dipola u proizvoljnoj točki (prema principu superpozicije): gdje su + i - jakosti polja koje stvaraju pozitivni odnosno negativni naboji. Dipolni trenutak.
Vlačne linije su linije čije se tangente u svakoj točki poklapaju s vektorom napetosti u danoj točki polja. Nikada se ne mogu zatvoriti u sebe. Oni nužno imaju početak i kraj, ili idu u beskonačnost. Usmjereni od pozitivnog naboja prema negativnom, oni se nikad ne sijeku. Tok vektora napona (tj. Gaussov) ili En S za ravne površine.
elektrostat. t. Ostrogr.-Gauss FE=?q/E0. Za beskonačno ravnomjerno punjenje ravnina E= d/2 e0.
razlika oblik. Divergencija je jednaka broju linija napetosti koje izlaze (ulaze) iz jedinice volumena.
Rad sila elektrostatskog polja pri premještanju naboja iz jedne točke polja u drugu ne ovisi o obliku putanje, već je određen samo položajem početne i završne točke i veličinom naboja => potencijal polja. A snage su konzervativne. Za male pokrete?l:
Potencijal električnog polja q je omjer potencijalne energije električnog naboja u elektrostatičkom polju i veličine tog naboja (Volt = 1 J / 1 C).
Rad A12 za premještanje električnog naboja q od početne točke (1) do krajnje točke (2) jednak je umnošku naboja i razlike potencijala (q1 - c2): A12 = Wp1 - Wp2 = qc1 - qc2 = q(c1 - c2) ili
Površina u kojoj u svim točkama potencijal električnog polja ima iste vrijednosti naziva se ekvipotencijalna površina ili površina jednakog potencijala.
Vodiči u elektrostatici polje - E= d/E0. Veza E s gustoćom. kod gotovo svakog dirigenta. Jačina polja posvuda unutar vodiča mora biti nula E=0. Prema jednadžbi to znači da potencijal unutar vodiča mora biti konstantan, tj. . Jer Postoji fenomen elektrostatičke indukcije, tj. odvajanje naboja u vodiču unesenom u elektrostatsko polje (E vanjsko) uz stvaranje novog elektrostatskog polja (E unutarnje) unutar vodiča. Kada se nenabijeni vodič uvede u vanjsko električno polje, slobodni naboji se počinju gibati i nakon kratkog vremena dolaze u ravnotežu. Jakost polja na površini vodiča mora biti usmjerena normalno na površinu u svakoj točki.
Elektrostatička zaštita - Faradayev kavez, razlika potencijala može doseći milijune volti, ali unutra neće biti polja.
Električni kapacitet. Brojčano jednak naboju q čija poruka vodiču, mjer. njegov potencijal za 1. C = q /? c = C / U (F = C / V) Električni kapacitet vodiča ne ovisi o vrsti tvari i naboju, već ovisi o njegovom obliku i veličini, kao i na prisutnost drugih vodiča ili dielektrika u blizini. Stan od dvije vodljive ploče koje se nalaze paralelno jedna s drugom na maloj udaljenosti u usporedbi s veličinom ploča i odvojene dielektričnim slojem. (ts1-t2=?Edr =dd/E0, i S=q/?ts, gdje je q=dS => C=E E0S/d)
Paralelni (C = C1 + C2) naponi na kondenzatorima su isti: U1 = U2 = U, a naboji su q1 = C1U i q2 = C2U. Serijski (C=C1C2/C1+C2) naboji oba kondenzatora: q1 = q2 = q
Energija sustava izm. naplatiti (za 2)
Punjenje energijom vodič, cijeli volumen vodiča je ekvipotencijalan => vosp. prethodna formula
jer C=q/ts tada =>
Energija nabijenog vodiča (bez obzira na predznak naboja) uvijek je pozitivna
Rad obavljen prilikom punjenja kondenzatora odredit će njegovu električnu energiju. Električna energija nabijenog kondenzatora određena je istim formulama koje su dobivene za nabijeni vodič, ako u njima q, C i U redom određuju naboj na pločama kondenzatora, kapacitet kondenzatora i razliku potencijala između kondenzatora ploče. Dakle, energija nabijenog kondenzatora jednaka je
Energija električnog polja. Zamjenom izraza za kapacitet u formulu za energiju kondenzatora dobiva se: Kvocijent U/d jednak je jakosti polja u rasporu; umnožak S·d predstavlja volumen V koji zauzima polje. Stoga,
Volumetrijska gustoća energije. Ako je polje jednolično, tada je energija sadržana u njemu raspoređena u prostoru s konstantnom gustoćom w.
Dielektrični materijali su oni čije je glavno električno svojstvo sposobnost polarizacije i u kojima može postojati elektrostatsko polje. Dielektrik postavljen u vanjsko električno polje polarizira se pod utjecajem tog polja. Polarizacija dielektrika je proces stjecanja makroskopskog dipolnog momenta različitog od nule. Molekula se pretvara u dipol, gdje el. moment p=ql. Polarizacija se definira kao električni moment po jedinici volumena dielektrika
N je broj molekula. Odnos između p i gustoće: d=2cosb=Pn
Električno polje u dielektriku. Neka je jakost električnog polja koju te ravnine stvaraju u vakuumu jednaka. Odnos polarizacije i napona. gdje diel susceptibilnost (fizikalna veličina, mjera sposobnosti tvari da se polarizira pod utjecajem električnog polja) Diel. propusnost - aps. (prikazuje ovisnost električne indukcije o E). i rel.(e=Sx/C0), [F/m] i bez dimenzija. odnosno. Vektor električne indukcije D=e0E+P
Polarizacijska elektronska teorija - pomicanje elektronskih ljuski atoma pod utjecajem vanjskog električnog polja. Pojavljuje se električni. dielektrični moment. U nepolarnim oni kažu Zakretni moment = 0, u polar. pr. od 0.
Dipol (Orijentacijski) - javlja se gubicima u svladavanju sila sprega i unutarnjeg trenja. Povezano s orijentacijom dipola u vanjskom električnom polju. -> u zraku. ekst. polja mijenjaju orijentaciju. stvorene molekule trenutak
Ionski - pomak čvorova kristalne rešetke pod utjecajem vanjskog električnog polja, a pomak je za iznos manji od konstante rešetke.
Feroelektrici - visoki (do 10k) e - isp. u kondenzatorima. Vektor D nije proporcionalan E. D= e e0E. Polar-I segn-ovisi u velikoj mjeri. Umjetnost. iz prethodnog stanja. polarizacija (petlja dielektrične histereze). Diel. svojstva ovise o Curievoj točki T, kada nestanu (-15 -- +22,5) ... Istosmjerna struja se ne mijenja u veličini i smjeru tijekom vremena.
Jačina struje je fizikalna veličina I, jednaka omjeru količine naboja koja prolazi kroz određenu površinu u određenom vremenu prema Ohmovom zakonu za dio kruga, I = U/R
Pad napona je postupno smanjenje napona duž vodiča jer vodič ima aktivni otpor. To je također iznos za koji se potencijal mijenja kada se kreće od jedne točke u krugu do druge. Prema Ohmovom zakonu, u dijelu vodiča s aktivnim otporom R struja I stvara pad napona U=IR.
Otpor je fizikalna veličina koja karakterizira svojstva vodiča da sprječava prolazak električne struje, a jednak je omjeru napona na krajevima vodiča i struje koja njime teče.
Ohmov zakon u razl. f. ?-ud. električna vodljivost u integraciji. oblik JR=U+e e emf za nehomogene. dio lanca:
*R-gen. otpornost heterogena područje) za zatvoreno krug I=e / R+ r e emf r+R ukupno. otpornost
Kirchhoffovo prvo pravilo kaže da je algebarski zbroj struja u svakom čvoru bilo kojeg kruga jednak nuli.
Drugo Kirchhoffovo pravilo: algebarski zbroj padova napona na svim granama koje pripadaju bilo kojem krugu zatvorenog kruga jednak je algebarskom zbroju EMF grana tog kruga.
Magnetsko polje se stvara oko električnih naboja dok se kreću. Budući da kretanje električnih naboja predstavlja električnu struju, oko bilo kojeg vodiča kroz koji teče struja uvijek postoji magnetsko polje struje.
Ne radi dok miruje. naplatiti.
Pm=ISn mag. konturni moment, n položaj. Normalan
Vektor magnetske indukcije B karakteristika snage mp. Modul B = Fmax / Pm.
Biot-Savart-Laplaceov zakon Djelovanje mp na struje i naboje.
(Jačina Amp. F~IDl sin b.max. kada je vodič okomit na linije magnetske indukcije) zakon međudjelovanja električnih struja Amperov zakon F=IBDl sin b. Kada se vodič uvede u mp (sila koja djeluje na dio vodiča proporcionalna je jakosti struje I, duljini Dl ovog dijela i sinusu kuta b između smjerova struje i vektora magnetske indukcije). ) Na primjer. gimlet pravilo. Slikanje prema vrsti proizvoda. Z.Ampera
Magn. polje djeluje na svaki pokretni naboj u elementu dl, te se s njih prenosi na vodič.
Lorentzova sila je sila kojom elektromagnetsko polje djeluje na točkasti naboj. čestica. FL = q x B sin b. Lorentzova sila je usmjerena okomito na vektore n i B.
Vektorski tok B - karakterizira količinu indukcije na određenom mjestu (vrijednost, na primjer, B = Fmax / Pm), ovo je broj linija sile koje prolaze kroz cijelu površinu. mjereno u Wb=T m2
Prijeđi platformu. Na zadanom mjestu nacrtajte onoliko pravaca koliko iznosi indukcija.
Kruženje B zatvorenim krugom kruga jednaka je struji u krugu pomnoženoj s magnetskom konstantom. Bl je projekcija B na tangentu na konturu.
Ako kon. Struja ne pokriva krug = 0. Ako je nekoliko struje, tada je circ-I jednak (I+I+…I)m
Linije magnetske indukcije su kontinuirane. Vektorska polja s kontinuiranim linijama nazivaju se vrtložna polja. Magnetsko polje je vrtložno polje. To je značajna razlika između magnetskog i elektrostatičkog polja.
Elektromagnetska indukcija je pojava pojave električne struje (indukcije) u zatvorenom krugu pri promjeni magnetskog toka koji kroz njega prolazi. Pojava EMF-a povezana je s vrtložnim električnim. polje. Veličina EMF-a odgovorna za struju (ei):
polje indukcije električnog naboja
Faradayev zakon. Za bilo koju zatvorenu petlju, inducirana elektromotorna sila (EMF) jednaka je brzini promjene magnetskog toka koji prolazi kroz ovu petlju, uzetoj s predznakom minus
Nedostatak prema Lenzovom pravilu: Inducirana struja usmjerena je tako da se njezino magnetsko polje suprotstavlja promjeni magnetskog toka koja ju uzrokuje.
Samoindukcija je pojava inducirane emf u vodljivom krugu kada se mijenja struja koja teče kroz krug. Kad se struja u strujnom krugu promijeni, proporcionalno se mijenja i magnetski tok kroz površinu omeđenu tim krugom. Promjena tog magnetskog toka, zbog zakona elektromagnetske indukcije, dovodi do pobude induktivne emf u ovom krugu. (..Struja samoindukcije tijekom zatvaranja usmjerena je u suprotnom smjeru.)
Veličina EMF samoindukcije Induktivitet je brojčano jednaka EMF samoindukcije koja se javlja u vodiču kada se jakost struje mijenja po jedinici jakosti struje (1 A) u jedinici vremena (1 s). 1Gn = 1Vb / 1A
Magnetska energija polja Vrtložne struje ili Foucombeove struje su vrtložne indukcijske struje koje nastaju u vodičima kada se mijenja magnetsko polje koje kroz njih prodire. Foucault je otkrio i pojavu zagrijavanja metalnih tijela koja se vrtložnim strujama vrte u magnetskom polju. U skladu s Lenzovim pravilom, struje biraju smjer i putanju unutar vodiča tako da se suprotstavljaju uzroku koji ih uzrokuje.
Elektromagnetsko polje je temeljno fizikalno polje koje djeluje u interakciji s električki nabijenim tijelima, kao i s tijelima koja imaju vlastite dipolne električne i magnetske momente. To je kombinacija električnog i magnetskog polja. Elektromagnetski valovi su poremećaj elektromagnetskog polja koje se širi u prostoru.
Vrtložni el. polje. Svaka promjena magnetskog polja stvara induktivno električno polje, bez obzira na postojanje ili odsutnost zatvorenog strujnog kruga, a ako je vodič otvoren, tada na njegovim krajevima nastaje razlika potencijala; Ako je vodič zatvoren, tada se u njemu opaža inducirana struja.
Struja pomaka ili struja apsorpcije je veličina izravno proporcionalna brzini promjene električne indukcije.
Električna provodljivost
Električni otpor
Električna impedancija
Elektrostatika- dio studija elektriciteta koji proučava međudjelovanje stacionarnih električnih naboja.
Između istog imena nabijenih tijela dolazi do elektrostatskog (ili kulonovskog) odbijanja, a između različita imena nabijen – elektrostatsko privlačenje. Fenomen odbijanja sličnih naboja leži u osnovi stvaranja elektroskopa - uređaja za otkrivanje električnih naboja.
Elektrostatika se temelji na Coulombovom zakonu. Ovaj zakon opisuje međudjelovanje točkastih električnih naboja.
Priča
Temelje elektrostatici postavio je Coulombov rad (iako je deset godina prije njega iste rezultate, čak i s još većom točnošću, dobio Cavendish. Rezultati Cavendisheva rada čuvani su u obiteljskom arhivu i objavljeni su tek stotinjak godina). godinama kasnije); zakon električnih međudjelovanja koji je otkrio potonji omogućio je Greenu, Gaussu i Poissonu stvaranje matematički elegantne teorije. Najbitniji dio elektrostatike je teorija potencijala koju su stvorili Green i Gauss. Mnoga eksperimentalna istraživanja elektrostatike proveo je Rees, čije su knjige u prošlosti predstavljale glavni vodič za proučavanje ovih pojava.
Dielektrična konstanta
Pronalaženje vrijednosti dielektričnog koeficijenta K bilo koje tvari, koeficijenta uključenog u gotovo sve formule s kojima imamo posla u elektrostatici, može se učiniti na vrlo različite načine. Najčešće korištene metode su sljedeće.
1) Usporedba električnih kapaciteta dvaju kondenzatora iste veličine i oblika, ali u jednom od kojih je izolacijski sloj sloj zraka, u drugom - sloj dielektrika koji se ispituje.
2) Usporedba privlačenja između površina kondenzatora, kada se određena razlika potencijala prenosi na te površine, ali u jednom slučaju postoji zrak između njih (privlačna sila = F 0), u drugom slučaju, ispitni tekući izolator ( privlačna sila = F). Dielektrični koeficijent nalazi se po formuli:
3) Promatranja električnih valova (vidi Električne vibracije) koji se šire duž žica. Prema Maxwellovoj teoriji, brzina širenja električnih valova duž žica izražava se formulom
u kojem K označava dielektrični koeficijent medija koji okružuje žicu, μ označava magnetsku permeabilnost tog medija. Možemo staviti μ = 1 za veliku većinu tijela, i stoga ispada
Obično se uspoređuju duljine stojnih električnih valova koji nastaju u dijelovima iste žice koji se nalaze u zraku iu ispitivanom dielektriku (tekućini). Određivanjem ovih duljina λ 0 i λ dobivamo K = λ 0 2 / λ 2. Prema Maxwellovoj teoriji, slijedi da kada se u bilo kojoj izolacijskoj tvari pobudi električno polje, unutar te tvari dolazi do posebnih deformacija. Duž indukcijskih cijevi izolacijski medij je polariziran. U njoj nastaju električni pomaci, koji se mogu usporediti s gibanjima pozitivnog elektriciteta u smjeru osi ovih cijevi, a kroz svaki presjek cijevi prolazi količina elektriciteta jednaka
Maxwellova teorija omogućuje pronalaženje izraza za one unutarnje sile (sile napetosti i tlaka) koje se pojavljuju u dielektricima kada se u njima pobudi električno polje. Ovo pitanje prvi je razmatrao sam Maxwell, a kasnije detaljnije Helmholtz. Daljnji razvoj teorije ove problematike i s njom usko povezane teorije elektrostrikcije (odnosno teorije koja razmatra pojave koje ovise o pojavi posebnih napona u dielektricima kad se u njima pobudi električno polje) pripada radovima Lorberga, Kirchhoff, P. Duhem, N. N. Schiller i neki drugi
Granični uvjeti
Završimo naš kratki prikaz najvažnijih aspekata elektrostrikcije razmatranjem problematike loma indukcijskih cijevi. Zamislimo dva dielektrika u električnom polju, međusobno odvojena nekom površinom S, s koeficijentima dielektričnosti K1 i K2.
Neka su u točkama P 1 i P 2 koje se nalaze beskonačno blizu površine S s obje njezine strane, veličine potencijala izražene kroz V 1 i V 2 , a veličine sila kojima djeluje jedinica pozitivnog elektriciteta postavljena na te točke kroz F 1 i F 2. Tada za točku P koja leži na samoj površini S mora postojati V 1 = V 2,
ako ds predstavlja infinitezimalni pomak duž presjecišta ravnine tangente na površinu S u točki P s ravninom koja prolazi kroz normalu na površinu u ovoj točki i kroz pravac električne sile u njoj. S druge strane, trebalo bi biti
Označimo s ε 2 kut koji sila F2 sklapa s normalom n2 (unutar drugog dielektrika), a s ε 1 kut koji sila F 1 sklapa s istom normalom n 2 Zatim, koristeći formule (31) i (30), doznajemo
Dakle, na površini koja razdvaja dva dielektrika jedan od drugog, električna sila mijenja svoj smjer, poput svjetlosne zrake koja ulazi iz jednog medija u drugi. Ova posljedica teorije opravdana je iskustvom.
vidi također
- Elektrostatičko pražnjenje
Književnost
- Landau, L. D., Lifshits, E. M. Teorija polja. - 7. izdanje, dopunjeno. - M.: Nauka, 1988. - 512 str. - (“Teorijska fizika”, svezak II). - ISBN 5-02-014420-7
- Matveev A. N. Elektricitet i magnetizam. M.: Viša škola, 1983.
- Tunel M.-A. Osnove elektromagnetizma i teorije relativnosti. Po. od fr. M.: Strana književnost, 1962. 488 str.
- Borgman, “Osnove doktrine električnih i magnetskih pojava” (sv. I);
- Maxwell, "Traktat o elektricitetu i magnetizmu" (sv. I);
- Poincaré, "Electricité et Optique";
- Wiedemann, “Die Lehre von der Elektricität” (sv. I);
Linkovi
- Konstantin Bogdanov.Što elektrostatika može učiniti // Kvantni. - M.: Bureau Quantum, 2010. - br. 2.
Definicija 1
Elektrostatika je opsežna grana elektrodinamike koja proučava i opisuje električki nabijena tijela koja miruju u određenom sustavu.
U praksi postoje dvije vrste elektrostatskog naboja: pozitivni (staklo na svili) i negativni (tvrda guma na vuni). Elementarni naboj je minimalni naboj ($e = 1,6 ∙10^( -19)$ C). Naboj svakog fizičkog tijela višekratnik je cijelog broja elementarnih naboja: $q = Ne$.
Elektrifikacija materijalnih tijela je preraspodjela naboja između tijela. Metode elektrifikacije: dodir, trenje i utjecaj.
Zakon o održanju električnog pozitivnog naboja - u zatvorenom konceptu algebarski zbroj naboja svih elementarnih čestica ostaje stabilan i nepromijenjen. $q_1 + q _2 + q _3 + …..+ q_n = const$. Ispitni naboj u ovom slučaju je točkasti pozitivni naboj.
Coulombov zakon
Ovaj je zakon eksperimentalno ustanovljen 1785. godine. Prema ovoj teoriji, sila međudjelovanja između dvaju točkastih naboja koji miruju u mediju uvijek je izravno proporcionalna umnošku pozitivnih modula i obrnuto proporcionalna kvadratu ukupne udaljenosti između njih.
Električno polje je jedinstvena vrsta materije koja stupa u interakciju između stabilnih električnih naboja, formira se oko naboja i utječe samo na naboje.
Ovaj proces točkastih stacionarnih elemenata u potpunosti se pokorava trećem Newtonovom zakonu i smatra se rezultatom međusobnog odbijanja čestica jednakom snagom privlačenja. Odnos između stabilnih električnih naboja u elektrostatici naziva se Coulombova interakcija.
Coulombov zakon je potpuno pravedan i točan za nabijena materijalna tijela, jednoliko nabijene lopte i sfere. U ovom slučaju, udaljenosti se uglavnom uzimaju kao parametri središta prostora. U praksi se ovaj zakon dobro i brzo ispunjava ako su veličine nabijenih tijela mnogo manje od udaljenosti između njih.
Napomena 1
Vodiči i dielektrici također djeluju u električnom polju.
Prvi predstavljaju tvari koje sadrže slobodne nositelje elektromagnetskog naboja. Unutar vodiča može se dogoditi slobodno kretanje elektrona. Ti elementi uključuju otopine, metale i razne taline elektrolita, idealne plinove i plazmu.
Dielektrici su tvari u kojima ne mogu postojati slobodni nositelji električnog naboja. Slobodno kretanje elektrona unutar samih dielektrika je nemoguće, jer kroz njih ne teče električna struja. Upravo te fizičke čestice imaju propusnost koja nije jednaka jedinici dielektrika.
Električni vodovi i elektrostatika
Linije sile početne jakosti električnog polja su kontinuirane linije, čije se tangente u svakom mediju kroz koji prolaze potpuno podudaraju s osi napetosti.
Glavne karakteristike dalekovoda:
- ne sijeku se;
- nije zatvoreno;
- stabilan;
- konačni smjer se poklapa sa smjerom vektora;
- započeti na $+ q$ ili u beskonačnosti, završiti na $– q$;
- nastaju u blizini naboja (gdje je napon veći);
- okomito na površinu glavnog vodiča.
Definicija 2
Razlika ili napon električnog potencijala (F ili $U$) je veličina potencijala na početnoj i krajnjoj točki putanje pozitivnog naboja. Što su manje promjene potencijala duž segmenta staze, to je niža rezultirajuća jakost polja.
Jakost električnog polja uvijek je usmjerena prema smanjenju početnog potencijala.
Slika 2. Potencijalna energija sustava električnih naboja. Author24 - online razmjena studentskih radova
Električni kapacitet karakterizira sposobnost bilo kojeg vodiča da akumulira potrebni električni naboj na vlastitoj površini.
Ovaj parametar ne ovisi o električnom naboju, ali na njega mogu utjecati geometrijske dimenzije vodiča, njihovi oblici, položaj i svojstva medija između elemenata.
Kondenzator je univerzalni električni uređaj koji pomaže brzo akumulirati električni naboj za oslobađanje u krug.
Električno polje i njegov intenzitet
Prema modernim znanstvenicima, stabilni električni naboji ne utječu izravno jedni na druge. Svako nabijeno fizičko tijelo u elektrostatici stvara električno polje u okolini. Ovaj proces djeluje silom na druge nabijene tvari. Glavno svojstvo električnog polja je da djeluje na točkaste naboje određenom silom. Dakle, međudjelovanje pozitivno nabijenih čestica događa se kroz polja koja okružuju nabijene elemente.
Ovaj se fenomen može proučavati pomoću takozvanog probnog naboja - malog električnog naboja koji značajno ne preraspodjeljuje naboje koji se proučavaju. Za kvantitativnu identifikaciju polja uvodi se značajka snage - jakost električnog polja.
Napetost je fizikalni pokazatelj koji je jednak omjeru sile kojom polje djeluje na probni naboj postavljen na danu točku u polju i veličine samog naboja.
Jačina električnog polja je vektorska fizikalna veličina. Smjer vektora u ovom slučaju podudara se u svakoj materijalnoj točki okolnog prostora sa smjerom sile koja djeluje na pozitivni naboj. Električno polje elemenata koji se ne mijenjaju tijekom vremena i koji miruju smatra se elektrostatičkim.
Za razumijevanje električnog polja koriste se linije sila, koje su povučene tako da se smjer glavne osi napetosti u svakom sustavu podudara sa smjerom tangente na točku.
Razlika potencijala u elektrostatici
Elektrostatsko polje uključuje jedno važno svojstvo: rad sila svih pokretnih čestica pri pomicanju točkastog naboja s jedne točke polja na drugu ne ovisi o smjeru putanje, već je određen isključivo položajem početni i završni red te parametar naboja.
Rezultat neovisnosti rada o obliku gibanja naboja je sljedeća tvrdnja: funkcional sila elektrostatskog polja pri transformaciji naboja duž bilo koje zatvorene putanje uvijek je jednak nuli.
Slika 4. Potencijal elektrostatskog polja. Author24 - online razmjena studentskih radova
Svojstvo potencijalnosti elektrostatskog polja pomaže u uvođenju pojma potencijala i energije unutarnjeg naboja. A fizički parametar, jednak omjeru potencijalne energije u polju i vrijednosti ovog naboja, naziva se konstantni potencijal električnog polja.
U mnogim složenim problemima elektrostatike, pri određivanju potencijala za referentnu materijalnu točku, gdje veličina potencijalne energije i sam potencijal postaju nula, prikladno je koristiti točku u beskonačnosti. U ovom slučaju, značaj potencijala određuje se na sljedeći način: potencijal električnog polja u bilo kojoj točki prostora jednak je radu koji unutarnje sile obavljaju pri uklanjanju pozitivnog jediničnog naboja iz danog sustava u beskonačnost.
Gdje F- modul sile međudjelovanja dva točkasta naboja veličine q 1 i q 2 , r- udaljenost između punjenja, - dielektrična konstanta medija, 0 - dielektrična konstanta.
Jačina električnog polja
Gdje
- sila koja djeluje na točkasti naboj q 0
, postavljen na određeno mjesto u polju.
Snaga polja točkastog naboja (modulo)
Gdje r- udaljenost od naboja q do točke u kojoj se utvrđuje napetost.
Jakost polja stvorena sustavom točkastih naboja (princip superpozicije električnih polja)
Gdje
- intenzitet u određenoj točki polja stvorenog i-tim nabojem.
Modul jakosti polja koje stvara beskonačna ravnomjerno nabijena ravnina:
Gdje 
- gustoća površinskog naboja.
Modul jakosti polja ravnog kondenzatora u njegovom srednjem dijelu
.
Formula vrijedi ako je razmak između ploča mnogo manji od linearnih dimenzija ploča kondenzatora.
Napetost polje koje stvara beskonačno duga jednoliko nabijena nit (ili cilindar) na udaljenosti r od navoja ili osi cilindra modulo:
,
Gdje 
- linearna gustoća naboja.
a) kroz proizvoljnu plohu postavljenu u nejednoliko polje
,
Gdje
- kut između vektora napetosti
i normalno 
na površinski element, dS- površina elementa površine, E n- projekcija vektora napetosti na normalu;
b) kroz ravnu površinu postavljenu u jednoliko električno polje:
,
c) kroz zatvorenu površinu:
,
gdje se integracija provodi po cijeloj površini.
Gaussov teorem. Tok vektora napetosti kroz bilo koju zatvorenu površinu S jednaka algebarskom zbroju naboja q 1 , q 2 ... q n, pokriveno ovom površinom, podijeljeno s 0 .
.
Tok vektora električnog pomaka izražava se slično fluksu vektora jakosti električnog polja:
a) teći kroz ravnu površinu ako je polje jednoliko
b) u slučaju nejednolikog polja i proizvoljne površine
,
Gdje D n- vektorska projekcija 
na pravac normale na površinski element čija je površina jednaka dS.
Gaussov teorem. Strujanje vektora električne indukcije kroz zatvorenu površinu S, pokrivajući troškove q 1 , q 2 ... q n, je jednako
,
Gdje n- broj naboja sadržanih unutar zatvorene površine (naboji sa svojim predznakom).
Potencijalna energija sustava dva točkasta naboja Q I q pod uvjetom da W = 0, nalazi se formulom:
W=
,
Gdje r- udaljenost između naboja. Potencijalna energija je pozitivna kada istolični naboji međusobno djeluju, a negativna kada različiti naboji međusobno djeluju.
Potencijal električnog polja stvoren točkastim nabojem Q na daljinu r
=
,
Potencijal električnog polja stvoren metalnom kuglom radijusa R, nošenje naboja Q:
=
(r ≤ R; polje unutar i na površini kugle),
=
(r
>
R; polje izvan sfere).
Potencijal električnog polja koji stvara sustav n točkasti naboji u skladu s načelom superpozicije električnih polja jednaki su algebarskom zbroju potencijala 1 , 2 ,…, n, stvoren nabojima q 1 , q 2 , ..., q n na određenoj točki polja
=
.
Odnos između potencijala i napetosti:
a) općenito 
= -qrad
ili 
=
;
b) u slučaju uniformnog polja
E
= 
,
Gdje d- udaljenost između ekvipotencijalnih površina s potencijalima 1 I 2 duž dalekovoda;
c) u slučaju polja sa središnjom ili osnom simetrijom 
gdje je izvod 
uzima se duž linije sile.
Rad koji obavljaju sile polja da pomaknu naboj q od točke 1 do točke 2
A = q( 1 - 2 ),
Gdje ( 1 - 2 ) je razlika potencijala između početne i krajnje točke polja.
Razlika potencijala i jakost električnog polja povezani su relacijama
(
1
-
2
)
=
,
Gdje E e- projekcija vektora napetosti 
na smjer kretanja dl.
Električni kapacitet izoliranog vodiča određen je omjerom naboja q na vodiču prema potencijalu vodiča .
.
Kapacitet kondenzatora:
,
Gdje ( 1 - 2 ) = U- razlika potencijala (napona) između ploča kondenzatora; q- modul punjenja na jednoj ploči kondenzatora.
Električni kapacitet vodljive kuglice (sfere) u SI
c = 4 0 R,
Gdje R- radijus lopte, - relativna dielektrična konstanta medija; 0 = 8,8510 -12 F/m.
Električni kapacitet ravnog kondenzatora u SI sustavu:
,
Gdje S- površina jedne ploče; d- razmak između ploča.
Električni kapacitet sfernog kondenzatora (dvije koncentrične kugle polumjera R 1 I R 2 , prostor između kojih je ispunjen dielektrikom, s dielektričnom konstantom ):
.
Električni kapacitet cilindričnog kondenzatora (duljina dva koaksijalna cilindra l i radijusi R 1 I R 2 , prostor između kojih je ispunjen dielektrikom s dielektričnom konstantom )
.
Kapacitet baterije od n kondenzatora spojenih u seriju određen je odnosom
.
Posljednje dvije formule primjenjive su za određivanje kapaciteta višeslojnih kondenzatora. Raspored slojeva paralelnih s pločama odgovara serijskom spoju jednoslojnih kondenzatora; ako su granice slojeva okomite na ploče, tada se smatra da postoji paralelni spoj jednoslojnih kondenzatora.
Potencijalna energija sustava stacionarnih točkastih naboja
.
Ovdje ja- potencijal polja stvorenog na mjestu gdje se nalazi naboj q ja, sve naknade osim ja-ići; n- ukupan broj punjenja.
Volumetrijska gustoća energije električnog polja (energija po jedinici volumena):
=
=
=
,
Gdje D- veličina vektora električnog pomaka.
Uniformna energija polja:
W= V.
Energija nejednolikog polja:
W=
.