Электрический заряд

10 класс.
Задание: подготовиться к зачёту по теме «Электростатика»
I. Материал для зачёта.
Примеры электрических явлений:
• янтарь после соприкосновения с шерстью притягивает к себе различные тела;
• стекло после соприкосновения с шелком притягивает к себе различные тела;
• эбонит (каучук с примесью серы) после соприкосновения с сукном или мехом притягивает к себе
другие тела.
Наэлектризованное тело – тело, которое получило способность притягивать другие тела после
соприкосновения.
Принято говорить, что наэлектризованному телу сообщен электрический заряд.
Электрический заряд может передаваться от одного тела к другому.
Электризация тел может происходить:
• при соприкосновении;
• при трении (увеличивается площадь соприкосновения);
• при ударе.
Наэлектризованные тела притягиваются друг к другу или отталкиваются.
Существуют два рода электрических зарядов:
• положительный, который обозначают, знаком " + ";
• отрицательный, который обозначают знаком " – ".
Свойства электрических зарядов:
• тела, имеющие электрические заряды одинакового знака, взаимно отталкиваются;
• тела, имеющие электрические заряды разного знака, взаимно притягиваются
Положительный заряд – заряд, полученный на стекле при его соприкосновении с шелком, и
соответственно на всех телах, которые от этого стекла отталкиваются.
Отрицательный заряд – заряд, полученный на эбоните при его соприкосновении с мехом, и,
соответственно, на всех телах, которые от этого эбонита отталкиваются.
Приборы для определения электрического заряда:
• электроскоп;
• электрометр.
Проводники – тела, через которые электрические заряды могут переходить от заряженного тела к
незаряженному.
Например, металлы, почва, водные растворы солей, кислот, щелочей, графит и т.д.
Диэлектрики (непроводники) – тела, через которые электрические заряды не могут переходить от
заряженного тела к незаряженному.
Например, пластмассы, газы, стекло, резина, шелк, фарфор, керосин, капрон и т.д.
Изоляторы - тела, изготовленные из диэлектриков.
Электрические заряды взаимодействуют на расстоянии.
Электрическое поле – особый вид материи, отличающийся от вещества, посредством которого
осуществляется взаимодействие электрических зарядов.
Электрическая сила – сила, с которой электрическое поле действует на внесенный в него
электрический заряд.
Вблизи заряженного тела действие поля сильнее, а по мере удаления от него поле ослабевает.
Электрон – частица с наименьшим отрицательным зарядом.
Электрический заряд – это скалярная физическая величина, которую измеряют в кулонах (Кл).
Заряд электрона равен 1,6 · 10– 19 Кл.
Заряд ядра – главная характеристика данного химического элемента.
Протон – положительная заряженная частица, заряд которой равен заряду электрона.
Нейтрон – нейтральная частица.
Строение атома. В центре атома находится ядро, которое состоит из протонов и нейтронов, а вокруг
ядра движутся электроны.
Атом в целом нейтрален, т.е. не имеет заряда.
Положительный ион – атом, который потерял один или несколько электронов.
Отрицательный ион – атом, к которому присоединяется лишний электрон.
При электризации заряды не создаются, а только разделяются. Часть отрицательных зарядов переходит
от одного тела к другому.
Например, когда эбонит трут о шерсть, то отрицательные заряды с шерсти переходят на эбонит, в итоге
шерсть будет заряжена положительно, а эбонит отрицательно.
Свободные электроны – электроны, наиболее удаленные от ядра атома металла, которые покидают свое
место и свободно движутся между атомами.
Если в веществе есть свободные электроны, то его относят к проводникам.
Чем больше тело, которому передают заряд, тем большая часть заряда перейдет на это тело.
Заземление – передача заряда земле, вследствие того, что земной шар намного превышает по размерам
все тела, находящиеся на нем.
Электродинамика — область физики, которая посвящена изучению электромагнитного
взаимодействия заряженных частиц.
Электростатика— раздел электродинамики, который изучает взаимодействие неподвижных
(статических) электрических зарядов.
Электрический заряд (количество электричества) — скалярная физическая величина, которая
характеризует интенсивность электромагнитного взаимодействия. Единица измерения заряда — кулон
(Кл).
Виды электрических зарядов:
положительные (минимальный заряд — у протона (+е));
отрицательные (минимальный заряд — у электрона (-е)).
Электризация — процесс, в результате которого получают электрически заряженные
макроскопические тела из нейтральных тел.
Способы электризации тел: трением; соприкосновением; нагреванием; световым облучением.
Электрически изолированная система тел — система тел, через границу которой не проникают заряды.
Закон сохранения электрического заряда. Алгебраическая сумма электрических зарядов любой
замкнутой (электрически изолированной) системы остается неизменной, какие бы процессы ни
происходили внутри данной системы.
Электрический заряд не создается и не исчезает, а только переходит от одного тела к другому.
Точечный заряд — заряженное тело, линейные размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с
расстоянием до других заряженных тел, с которыми оно взаимодействует.
Закон Кулона. Сила электрического взаимодействия между двумя неподвижными точечными
зарядами, которые находятся в вакууме, прямо пропорциональна произведению модулей зарядов,
обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена по прямой, соединяющей
заряды:
F12 
k  | q1 |  | q2 |
 r2
где q1 и q2 — величины зарядов, r — расстояние между зарядами, k — коэффициент
пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц, F12 — сила Кулона.
1 кулон — электрический заряд, который проходит через поперечное сечение проводника при силе
тока 1 А за 1 с.
Коэффициент пропорциональности в законе Кулона равен
1
k
4   0
k  9  10 9
H  м2
Кл 2
2
где е0 — электрическая постоянная  0  8,85  10 12 Кл 2
Нм
Заряд является источником электромагнитного взаимодействия, или источником электромагнитного
поля, которое распространяется в пространстве со скоростью света.
Электростатическое поле — поле, которое создается неподвижными электрическими зарядами.
Потенциал ЭП неподвижного точечного заряда q относительно бесконечности

k | q |
 r
φ -потенциал электростатического поля, В; ε - диэлектрическая проницаемость среды
k  9  10 9
H  м2
; q – заряд, Кл
Кл 2
Напряженность электростатического поля (Е) — векторная физическая величина, равная отношению
силы Кулона, с которой поле действует на пробный положительный заряд, помещенный в данную точку
поля, к величине этого заряда:
E
F
q
Единица напряженности — ньютон / кулон или вольт / метр
Напряженость поля — силовая характеристика электростатического поля.
Напряженность поля, созданного точечным положительным зарядом Q, в точке, находящейся на
расстоянии г от него, равна
E
k | q |
 r2
Линии напряженности (силовые линии) — линии, касательные к которым в каждой точке поля
совпадают по направлению с вектором Е в этой точке.
Модуль напряженности поля пропорционален степени сгущения линий напряженности
электростатического поля, т. е. в области сгущения линий напряженность поля больше, а в области
разрежения — меньше.
Однородное электрическое поле — электрическое поле, векторы напряженности которого одинаковы
во всех точках пространства.
Принцип суперпозиции электростатических полей. Напряженность поля системы зарядов в данной
точке равна геометрической (векторной) сумме напряженностей полей, созданных в этой точке каждым
зарядом в отдельности.
Работа сил электростатического поля — работа, которую совершает поле при перемещении
заряженной частицы из одной точки поля в другую.
Свойства работы электростатического поля:
работа электростатического поля по любой замкнутой траектории равна нулю;
работа электростатического поля не зависит от формы траектории, по которой перемещается
заряженная частица.
Электростатическое поле потенциально, значит, работа электростатической силы (как и любой
потенциальной силы) равна разности потенциальной энергии заряженной частицы в ее начальном и
конечном положениях.
A12  q  U12  q  (1   2 )
А – работа, Дж; q – заряд, Кл; φ -потенциал электростатического поля, В
U12 –напряжение между точками 1 и 2
Потенциал электростатического поля в данной точке — скалярная физическая величина,
характеризующая электростатическое поле в данной точке, равная отношению потенциальной энергии,
которой обладает пробный положительный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого
заряда.
 
Wp
q
Вольт равен потенциалу точки поля, в которой заряд 1 Кл обладает потенциальной энергией 1 Дж.
Эквипотенциальные поверхности — поверхности равного потенциала.
Линии напряженности электростатического поля перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям
и направлены от поверхности с большим потенциалом к поверхности с меньшим потенциалом.
Группы веществ, различающихся по уровню подвижности заряженных частиц:
проводники; диэлектрики; полупроводники.
Свободные заряды — заряженные частицы одного знака, которые способны перемещаться под
действием электрического поля. Например,
свободные электроны в металлах, свободные ионы (положительные и отрицательные) в растворах
солей.
Связанные заряды — разноименные заряды, входящие в состав атомов (или молекул), которые не
могут перемещаться под действием электрического поля независимо друг от друга.
Проводник — вещество, в котором свободные заряды могут перемещаться по всему объему. Например,
металлы, растворы щелочей, солей, кислот, влажный воздух, плазма.
Диэлектрик — вещество, которое содержит только связанные заряды, поэтому из-за отсутствия
свободных зарядов практически не проводит электрический ток, являясь хорошим изолятором.
Например, газы, некоторые жидкости (масла, бензол, дистиллированная вода) и твердые тела (фарфор,
стекло и другие).
Полупроводник — вещество, в котором количество свободных зарядов зависит от внешних условий
(температура, напряженность электрического поля). Например, минералы, германий, кремний, селен и
другие.
Диполь — электрически нейтральная система, которая состоит из двух точечных разноименных
зарядов, равных по модулю.
Виды диэлектриков:
полярные, состоящие из молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных
зарядов разделены, в том числе и при отсутствии электрического поля, т. е. молекулу можно
рассматривать как диполь. Например, молекулы спирта, воды, поваренной соли и другие;
неполярные, состоящие из атомов или молекул, у которых центры распределения положительных и
отрицательных зарядов совпадают при отсутствии электрического поля. Например, молекулы
кислорода, водорода, инертных газов и другие.
Поляризация диэлектриков под действием внешнего электрического поля:
молекулы полярных диэлектриков ориентируются вдоль напряженности внешнего поля;
молекулы неполярных диэлектриков сначала деформируются, растягивая в разные
стороны положительные и отрицательные заряды, а затем поворачиваются осями вдоль напряженности
поля.
Диэлектрическая проницаемость среды — это физическая величина, которая показывает, во сколько
раз модуль напряженности электрического поля Е внутри однородного диэлектрика меньше, чем
модуль напряженности поля в вакууме.
Конденсатор – это система из двух проводников (обкладок), разделенных диэлектриком, толщина
которого мала по сравнению с линейными размерами проводников. Так, например, две плоские
металлические пластины, расположенные параллельно и разделенные слоем диэлектрика, образуют
плоский конденсатор.
Физическая величина, определяемая отношением заряда q одной из пластин конденсатора к разности
потенциалов ∆φ между обкладками конденсатора, называется электроемкостью конденсатора:
Единица электроемкости СИ – фарад(сокращенно: Ф). Емкостью в 1Ф обладает такой конденсатор,
разность потенциалов между обкладками которого равна 1В при сообщении обкладкам разноименных
зарядов по 1Кл:
1Ф =1Кл/1 В.
Формула для вычисления электроемкости плоского конденсатора
Электроёмкость батареи конденсаторов при их параллельном соединении
n
C   Ci
i 1
Электроёмкость батареи конденсаторов при их последовательном соединении
1
1

C
Ci
Энергия эл. ст. поля заряженного конденсатора
q U C U 2 q 2
W


2
2
2C
II. Форма для письменного зачёта
№
Основные понятия,
1.
Примеры электрических
явлений.
2.
Наэлектризованное тело.
3.
Электризация тел.
4.
Свойства электрических
зарядов.
5.
Положительный заряд.
6.
Отрицательный заряд.
7.
Приборы для определения
электрического заряда.
8.
Проводники.
9.
Диэлектрики (непроводники).
10.
Изоляторы.
11.
Электрическое поле.
12.
Электрическая сила.
13.
Электрон.
14.
Протон. Нейтрон.
15.
Строение атома
16.
Положительный ион.
Определение, значение, физический смысл
17.
Отрицательный ион.
18.
Свободные электроны
19.
Заземление.
20.
Электрический заряд
21.
1 кулон
22.
Закон сохранения
электрического заряда
23.
Электростатика
24.
Закон Кулона
25.
Диэлектрическая
проницаемость среды
26.
Электрическое поле
27.
Электростатическое поле
28.
Свойства электрического поля
29.
Напряжённость ЭП
30.
Принцип суперпозиции
электрических полей
31.
Силовые линии ЭП
32.
Потенциал ЭП
33.
Работа сил эл. поля при
перемещении заряда
34.
Разность потенциалов
35.
1 вольт
36.
Электроёмкость
37.
1 фарад
38.
Конденсатор
39.
Обкладка конденсатора
2.Физические величины и физические постоянные
№
Название величины
Обозначение
Формулы или значение
Единица
измерения
1
Электрический заряд
2
Электрическая
постоянная
3
Диэлектрическая
проницаемость среды
4
Коэффициент
пропорциональности
5
Напряжённость ЭП
6
Потенциал ЭП
7
Разность потенциалов
8
Электроёмкость
3.Формулы
1
Закон сохранения электрического заряда
2
Закон Кулона
3
Определение относительной
диэлектрической проницаемости среды
4
Определение напряжённости ЭП
5
Модуль силы, действующей на точечный
заряд в точке ЭП с напряжённостью Е
6
Модуль напряжённости ЭП точечного
заряда
7
Принцип суперпозиции полей для
напряжённости
8
Определение потенциала ЭП
9
Потенциал ЭП неподвижного точечного
заряда q относительно бесконечности
10 Принцип суперпозиции эл. ст. полей (для
потенциала)
11 Работа сил эл. ст. поля над зарядом q при
его перемещении из точки 1 в точку 2
12 Связь между модулем напряжённости и
модулем разности потенциалов в
однородном эл. ст. поле
13 Определение электроёмкости проводника
14 Потенциал уединённого проводящего шара
относительно бесконечности
15 Определение электроёмкости конденсатора
16 Электроёмкость плоского конденсатора
17 Электроёмкость батареи конденсаторов
при их параллельном соединении
18 Электроёмкость батареи конденсаторов
при их последовательном соединении
19 Энергия эл. ст. поля заряженного
конденсатора