Электростатическое поле точечного заряда и заряженной сферы |
теория по физике 🧲 электростатика
Любые заряженные тела создают вокруг себя электростатическое поле. Рассмотрим особенности электростатического поля, создаваемого точечным зарядом и заряженной сферой.
Электростатическое поле точечного заряда
Направление силовых линий электростатического поля точечного заряда
Положительный заряд +Q
Отрицательный заряд –Q
У положительного заряда силовые линии направлены по радиальным линиям от заряда.
У отрицательного заряда силовые линии направлены по радиальным линиям к заряду.
Модуль напряженности не зависит от значения пробного заряда q0:
E=FKq0..=kQq0r2q0..=kQr2..
Модуль напряженности точечного заряда в вакууме:
E=kQr2..
Модуль напряженности точечного заряда в среде:
E=kQεr2..
Сила Кулона:
−FKулона=q−E
Потенциал не зависит от значения пробного заряда q0:
φ=Wpqo..=±kQq0rq0..=±kQr..
Потенциал точечного заряда в вакууме:
φ=±kQr..
Потенциал точечного заряда в среде:
φ=±kQεr..
Внимание! Знак потенциала зависит только от знака заряда, создающего поле.
Эквипотенциальные поверхности для данного случая — концентрические сферы, центр которых совпадает с положением заряда.
Работа электрического поля по перемещению точечного заряда:
A12=±q(φ1−φ2)
Пример №1. Во сколько раз увеличится модуль напряженности электрического поля, созданного точечным зарядом Q в некоторой точке, при увеличении значения этого заряда в 5 раз?
Модуль напряженности электрического поля, созданного точечным зарядом, определяется формулой:
E=kQεr2..
Формула показывает, что модуль напряженности и электрический заряд — прямо пропорциональные величины. Следовательно, если заряд, который создает поле, увеличится в 5 раз, то модуль напряженности создаваемого поля тоже увеличится в 5 раз.
Электростатическое поле заряженной сферы
Направление силовых линий электростатического поля заряженной сферы:
Положительно заряженная сфера +Q
Отрицательно заряженная сфера –Q
У положительно заряженной сферы силовые линии — это радиальные линии, которые начинаются из этой сферы.
У отрицательно заряженной сферы силовые линии — это радиальные линии, которые заканчиваются в этой сфере.
Модуль напряженности электростатического поля заряженной сферы:
Внутри проводника (расстояние меньше радиуса сферы, или r < R)
E=0
На поверхности проводника (расстояние равно радиусу сферы, или r = R)
E=kQR2..
Вне проводника (расстояние больше радиуса сферы, или r > R)
E=kQr2..=kQ(R+a)2..
a — расстояние от поверхности сферы до изучаемой точки. r — расстояние от центра сферы до изучаемой точки.
Сила Кулона:
−FK=q−E
Потенциал:
Внутри проводника и на его поверхности (r < R или r = R)
φ=±kQR..
Вне проводника (r > R)
φ=±kQr..=±φ=±kQR+a..
Пример №2. Определить потенциал электростатического поля, создаваемого заряженной сферой радиусом 0,1 м, в точке, находящейся на расстоянии 0,2 м от этой сферы. Сфера заряжена положительна и имеет заряд, равный 6 нКл.
6 нКл = 6∙10–9 Кл
Так как сфера заряжена положительно, то потенциал тоже положителен: