Смекни!
smekni.com

Физика (стр. 5 из 9)

Поток вектора

через бесконечно малую площадку в неоднородном поле

Как и в (4.1.1):

Поток вектора

через произвольную поверхность в неоднородном поле

Поток пропорционален числу силовых линий

Ф пропорционален числу линий напряженности, проходящих через площадь S (3.3) и (3.8)

Поток вектора

через сферу (для поля точечного заряда).

Заряд - в центре сферы

На поверхности сферы поле постоянно по величине (3.7):

.

В любой точке сферы поле направлено перпендикулярно ее поверхности, т.е.

.
Из (4.13):

Мы получили, что:

.

Заряд в произвольном месте внутри сферы

.

Поток Ф пропорционален числу силовых линий, проходящих через сферу, а их число не изменяется при изменении положения заряда внутри сферы, т.е. поток тоже будет постоянным:

.

Поток вектора

поля точечного заряда через "измятую" сферу - произвольную поверхность

Число проходящих через "измятую" сферу силовых линий не изменилось, т.е.

.

Эта формула верна для потока вектора Е поля точечного заряда, расположенного ВНУТРИ замкнутой поверхности произвольной формы.

"Измятая" сфера:

Поток вектора Е поля системы зарядов, находящихся внутри замкнутой поверхности

Т.к.
(3.6) , то по (4.1.3) и (4.2.3)
Для произвольного числа зарядов N:
- алгебраическая сумма зарядов, находящихся внутри замкнутой поверхности, делённая на ε0.

Поток вектора Е для поля, созданного зарядами, находящимися вне замкнутой поверхности

Силовая линия дважды проходит через замкнутую поверхность, один раз она учитывается со знаком "+", другой раз - со знаком "-". В результате поток в этом случае Ф = 0.

Формулировка теоремы Гаусса

Из (4.2.4) и (4.2.5) следует, что поток вектора напряженности электрического поля через ЛЮБУЮ замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов, находящихся внутри этой поверхности, деленной на ε0:

Из (4.1.3)

, тогда теорема Гаусса запишется так:

Применение теоремы Гаусса для вычисления полей

Теорема Гаусса:

S - любая замкнутая поверхность,

- сумма зарядов внутри S. Применяя теорему Гаусса, мы должны:

а) САМИ выбрать конкретную гауссову поверхность S, такую, чтобы интеграл по этой поверхности легко считался. Затем найти

;

б) посчитать сумму зарядов внутри выбранной нами S;

в) приравнять результат полученный в пункте а), к результату, полученному в пункте б), деленному на ε0.

Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости

а) выбор гауссовой поверхности: куда может быть направлено

- только по нормали к плоскости! Значит, S надо выбрать так, чтобы вектор
был либо параллелен ей (Еn=0), либо перпендикулярен (Еn=E).

Этим условиям удовлетворяет, например, "гауссов ящик", изображенный на рисунке.

б) считаем Σqi внутри "гауссова ящика": очевидно,


;

в) приравниваем результат, полученный в пункте а), к результату пункта б), деленному на ε0:

.

Выражаем E:

.

Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости однородно.

Поле плоского конденсатора

По 3.6.

.

Т.к.

, то по 4.4.1
.


Поле однородно заряженного бесконечного цилиндра

- линейная плотность заряда.

Применяя теорему Гаусса, получим:

, при r > R.

Поле однородно заряженной сферы

Применяя теорему Гаусса (9.4.4.) , получим:
при r > R.
Если r < R, то E = 0.

Поле объемного заряженного шара

- объемная плотность заряда q- суммарный заряд шара
Применяя теорему Гаусса (4.4.), получим:

Работа электростатического поля

из (3.5).

Из (5.3.2), (5.3.3):

.

Работа электрического поля точечного заряда

Пусть Е создается точечным зарядом q, тогда из (3.7)

;

,

из (5.3.3):

.

Потенциал - энергетическая характеристика поля

Потенциал электростатического поля в точке r равен отношению потенциальной энергии пробного точечного заряда q', помещенного в данную точку, к величине этого заряда q'.

,

φ - не зависит от q'!

Единица потенциала - 1 вольт (1 В)

.

Разность потенциалов, связь с работой

Из (5.7):
.
Из (9.6):
;
;

φ1 - φ2 - разность потенциалов,

.