Презентация по физике на тему "Электрическое поле"

Электрическое поле
Презентацию подготовил
преподаватель физики
ГБПОУ РО ДонТКИиБ
Негодаев В.И.
Ростов-на-Дону
2021 г.

Что тебе надо у/знать:
1.Электрическое поле.
2.Напряженность ЭП.
3.Работа ЭП.
4.Потенциал поля.
5.Поведение зарядов в ЭП.
7.Проводники в ЭП.
8.Диэлектрики в ЭП

Электрическое поле
Заряженные тела действуют друг на друга посредством электрического поля.
ЭП-это особая форма материи,посредством которой осуществляется действие одного заряженного тела на другое.
ЭП порождается зарядами,
не отделимо от них,
непрерывно в пространстве,
распространяется со скоростью 300 000км/с,
проходит сквозь диэлектрики,
не проникает в металлы (в проводящие ток тела)

Напряженность ЭП
ЭП обнаруживается по силовому действию на заряженные тела,поле совершает работу ,перемещая их.
Силовой характеристикой ЭП является векторная физическая величина-НАПРЯЖЕННОСТЬ (Е).
Напряженность показывает величину и направление ЭП в данной точке пространства.

Напряженность ЭП точечного заряда или шара
Напряженность (E) равна отношению силы ЭП (F) ,действующей на пробный заряд, к величине пробного заряда(q):
Е = 𝑭 𝑞 [E]= Н Кл
+
+
F
E
Q
q
По закону Кулона, сила действия заряда Q на пробный заряд q равна
F=k 𝑄·𝑞 𝑟2 ,
Если подставить это выражение в формулу Е = 𝑭 𝒒 ,то получим
E=k 𝑄 𝑟2
Напряженность ЭП точечного заряда или шара →~ величине заряда и ←~
расстояния от заряда
r

Графическое изображение ЭП
ЭП изображается линиями напряженности-это линии , в каждой точке которых вектор напряженности ЭП (Е ) направлен по касательной к линии.
Линии напряженности берут начало на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных или в ∞ ,
непрерывны,
не пересекаются
перпендикулярны заряженной поверхности

Линии напряженности (силовые линии) ЭП

Принцип суперпозиции:
напряженность ЭП нескольких зарядов равна векторной сумме напряженностей ЭП каждого заряда:
Е=Е1+Е2+E3+…+En


+
-
q1
q2
E1
E1
E1
E1
E2
E2
E2
E2
E
A
B
C
D
EA=E2-E1
EB=E2+E1
EC=E1-E2

ED=E1+E2

Работа электрического поля (ЭП)
ЭП действует на любой заряд с силой F=qE и перемещает его из точки с координатой х1 в точку с координатой х2.
Работа ЭП равна А=F·s·cosα ,где путь s =x1-x2
А=qE·(x1-x2)·cosα, если α=0, то cosα=1 и тогда
А=qE·(x1-x2)
Работа ЭП прямо пропорц.заряду (q),напряжености (E) и разности начальной (х1)и конечной (х2) координаты заряда.
Если работа поля зависит от начальной и конечной координаты, то такое поле называют потенциальным полем.
Электрическое поле - потенциальное поле, как и гравитационное поле.
Работа ЭП по замкнутой траектории равна нулю.

Потенциал электрического поля
Заряд в ЭП обладает потенциальной энергией Eп=qEx ,как и тело , поднятое над землей Eп=mgh
Отношение потенциальной энергии заряда к величине заряда называется ПОТЕНЦИАЛ ЭП (ϕ)
ϕ = Еп 𝒒 или ϕ= 𝑞𝐸𝑥 𝑞 =Ex ϕ = Ex [ϕ]= Дж Кл =В (Вольт)
Рассчитаем потенциал ЭП для точечного заряда или шара используя формулу ϕ = Ex ,т.к.напряженность E=k 𝑄 𝑟2 ,а координата (х) равна расстоянию от заряда - (r),то ϕ = Ex = k 𝑄 𝑟2 ·r= k 𝑄 𝑟 ϕ= k 𝑸 𝒓
Потенциал ЭП нескольких зарядов равен алгебраической сумме потенциалов полей каждого заряда ϕ= ϕ1+ ϕ2+ ϕ3+ ….+ϕn
ϕ (·) q →~𝑞 и ←~r

Разность потенциалов ЭП
Формулу работы ЭП А=qE·(x1-x2) можно преобразовать
А=q(Ex1- Еx2) = q(ϕ1-ϕ2) А= q(ϕ1-ϕ2) это работа ЭП
где (ϕ1-ϕ2) называется РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ или НАПРЯЖЕНИЕ (U)
ϕ1-ϕ2 = 𝑨 𝒒 разность потенциалов (или напряжение) показывает, какую работу совершает ЭП при переносе заряда +1Кл из одной точки поля в другую .
Работа электрического поля A=q(ϕ1-ϕ2 ) или A=qU
Из формулы видно , что если потенциалы двух точек поля равны т.е. Δϕ=0 ,то и работа равна нулю А=0
Линии,соединяющие точки ЭП с одинаковым потенциалом называются эквипотенциальные линии,а поверхности с одинаковым потенциалом –эквипотенциальные поверхности.

Эквипотенциальные линии и поверхности
В каждой точке линии или поверхности потенциалы поля одинаковы

Связь разности потенциалов (ϕ1-ϕ2) с напряженностью (Е ) ЭП
Работа ЭП может быть выражена формулами А= q(ϕ1-ϕ2) и А=qE·(x1-x2),приравняем правые части их,получим:
q(ϕ1-ϕ2) = qE·(x1-x2) или (ϕ1-ϕ2) = E·(x1-x2)
(ϕ1-ϕ2) =U это разность потенциалов или напряжение,
E –напряженность ЭП
(x1-x2) =d это расстояние между двумя точками ЭП.
И формула приобретает вид U=Ed

Движение заряда в ЭП
В ЭП свободный заряд движется по линиям напряженности из точки с большим потенциалом в точку с меньшим,как и свободно падающее тело с большей высоты на меньшую.
Положительные заряды движутся по направлению линий напряженности к меньшему потенциалу,а
отрицательные ,например,электрон,против направления линий напряженности,к меньшему потенциалу. С помощью ЭП можно замедлять или ускорять заряженные частицы .

+
-

Действие электрического поля на проводники
Под действием силы ЭП электроны в металле движутся к поверхности против линий напряженности и вследствие этого на одной половине проводника скапливается отрицательный заряд (электроны),а на противоположной –положительный заряд(создаваемый протонами).
Электроны и протоны создают свое ЭП ,которое направлено навстречу внешнему ЭП и уничтожают его.
ЭП внутри металла ,помещенного в ЭП ,отсутствует.

Действие электрического поля на диэлектрики
Диэлектрик-вещество не содержащее свободных заряженных частиц,ток не проводит.
Молекулы диэлектрика-диполи и могут только поворачиваться в ЭП.






Электрическое поле внутри диэлектрика слабее внешнего поля.
Физическая величина , показывающая во сколько раз напряженность ЭП внутри диэлектрика меньше чем в вакууме называется ДИЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ вещества.
ɛ= Ео Е
В результате ,на поверхности диэлектрика появляются с одной стороны отрицательный заряд,а с другой-положительный.Они создают свое ЭП,которое направлено навстречу внешнему ЭП и ослабляют его.
У воды ɛ=81, у стекла -7 , у масла -2,5, у резины-2,4 у титанат бария -1200, у воздуха -1,00026
Сила ЭП,напряженность и потенциал в диэлектрике уменьшаются в ɛ раз.

Основные понятия темы:
Электрическое поле
Напряженность
Пробный заряд
Линии напряженности
Потенциал
Разность потенциалов
Напряжение
Проводник
Диэлектрик
Диполь
Поляризация
Диэлектрическая проницаемость
Эквипотенциальная поверхность

Основные формулы темы:
Е = 𝑭 𝒒
E=k 𝑸 𝒓𝟐
Е=Е1+Е2+E3+…+En
А=qE·(x1-x2) ,
А= q(ϕ1-ϕ2),
A=qU
Eп=qEx
ϕ = Ex
ϕ= k 𝑸 𝒓
ϕ= ϕ1+ ϕ2+ ϕ3+ ….+ϕn
U=Ed
ɛ= Ео Е




Задание.
Объяснить ,для чего эта формула ,
что обозначают буквы в формуле,
в каких единицах СИ измеряется физическая величина, присутствующая в формуле.
Выполнить задание в тетради.

Задача1.Какая сила действует на электрон в электрическом поле (ЭП) напряженность которого 400Н/Кл?
Задача2.Определить напряженность ЭП в точке удаленной от капли воды потерявшей 1 тысячу электронов,на расстоянии 2мм от неё.Радиус капли 1мм.
Задача 3.Шарик с зарядом 2нКл помещают в масло.Как изменится напряженность его поля в точке ,находящейся на расстоянии 3см от его центра?
Задача 4.Чему равна напряженность ЭП в точке на прямой соединяющей заряд 2млКл и -4млКл ,между которыми расстояние 4м,если: а)точка находится посредине; б)точка удалена от первого заряда на 1 м слева?; в)точка удалена от первого заряда на 1м вправо

Задача 5.Найти потенциал на поверхности капли воды радиусом 1мм ,которая потеряла 1 миллиард электронов?
Задача 5.Какую работу совершает ЭП над электроном,который проходит между двумя точками поля с потенциалами 2кВ и 10кВ?
Задача 6.Между концами провода длиной 5м напряжение 220В.Какова напряженность поля в проводнике?
Задача 7.Какую кинетическую энергию приобретает протон в ЭП,если напряжение между электродами 20кВ?
Задача 8.Какую скорость приобретает протон проходящий разность потенциалов 1МВ?
Задача 9.Пять капель радиусом по 1 мм и потенциалом 5В сливаются в одну.Чему равен потенциал образовавшейся капли?
Задача 10.Найти напряженность и потенциал ЭП в центре квадрата со стороной 10см,если первые два заряда по 2млКл,а вторые два имеют заряды по -4млКл?