Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
?=Іе^^^?ТТ (в СИ),
E = J^ КЗ cos2{}+ 1 (в системе СГСЭ).
Здесь ре — модуль вектора ре электрического момента диполя:
Вектор 1 направлен по оси диполя от отрицательного заряда к положительному.
Рис. III.1.7 Рис. III.1.8
7°. Два электрических диполя с моментами ре1 и ре2, расположенных вдоль одной оси, взаимодействуют (притягиваются или отталкиваются) между собой с силой
р QpelPeZ
4яе0г4 '
где г — расстояние между центрами диполей, причем г^$>1, I — длина диполя. Если диполи обращены друг к другу разноименными зарядами, то они притягиваются. В противоположном случае происходит отталкивание диполей.
Задача 1. Поверхностная плотность заряда на равномерно заряженном шаре 6,4 ¦1O-8 Кл/м2. Определить напряженность электрического поля в точке, отстоящей от центра шара на 6 радиусов.
Дано: 0==6,4-10"8 Кл/м2, r=6R.
Найти: Е.
Решение: Электростатическое поле заряженного по поверхности шара вне шара аналогично полю точечного за-
1.4. ПРИМЕРЫ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ 189
ряда, расположенного в его центре:
4яе0єл2
Заряд на шаре q=oS=o4nR2, где R — радиус uiapa, е=1; тогда
Е==Ш^Щі-Ш-0' Е = ОІ5.іо-».Зб A В/м.
Задача 2. Какая сила действует на заряд 0,1 нКл, помещенный в поле равномерно заряженной плоскости с поверхностной плотностью заряда 10~6 Кл/м2? Относительная диэлектрическая проницаемость среды е=5.
Дано: <7=0,1 нКл=Ы0-10 Кл, O=IO-S Кл/м2, е=5.
Найти: F.
Решение: Сила, действующая на заряд, F=qE, где E — напряженность поля, создаваемого равномерно заряженной плоскостью, ?=о72є0є. Поэтому
Задача 3. Пылинка массою 2,0•1O-12 г взвешена в воздухе между двумя горизонтальными разноименно и равномерно заряженными пластинами. Напряженность поля пластин направлена вертикально вверх. Заряд пылинки равен пяти элементарным зарядам. Определить заряд на пластинах. Площадь каждой пластины 100 см2.
Дано: т=2,0-10-1а г=2,0-10-15 кг, 8=1,0, </=5-1,6х XlO-1» Кл=8,0-10-19 Кл, 5=100 см2=1,00-10-* м2.
Найти: Q.
Решение: Пылинка находится во взвешенном состоянии при условии P=F, где P=mg и F=qE. Напряженность поля двух равномерно заряженных пластин Е=а/е0е, где a=Q/S.
Отсюда
Q = *°~0";в?• 1,0¦ 8,85¦ Ю-*2' 1,00-10~2 Кл л;
«2,2-10"** Кл.
J90
ОГДЕЛ III. ГЛ. 1. ЭЛЕКТРОСТАТИКА
А с
}t
ш/т//,
*,
В л
Рис. III.1.9
1.5. Проводники в электростатическом поле
1°. Проводниками называются вещества, в которых может происходить упорядоченное перемещение электрических зарядов, т. е. осуществляться электрический ток (III.2.1.Г). Проводниками являются металлы, водные растворы солей, кислот и др., ионизованные газы. При образовании металла валентные электроны взаимодействующих друг с другом атомов отщепляются и становятся свободными [обобществленными, коллективизированными) электронами (электроны проводимости металлов).
2°. Если металлический проводник поместить в электрическое поле, то под действием этого поля на тепловое, хаотическое движение электронов проводимости наложит-ся их упорядоченное движение, и они будут перемещаться в направлении, противоположном напряженности поля. Например, в проводнике, помещенном во внешнее однородное электрическое поле с напряженностью Еех, электроны будут перемещаться справа налево (рис. 111.1.9). На поверхности AB проводника появится избыточный отрицательный заряд, на поверхности CD — избыточный положительный заряд. Заряды, появляющиеся на поверхностях проводника, создают внутри него внутреннее электрическое поле, вектор напряженности которого Е(- направлен противоположно вектору Еех напряженности внешнего электрического поля. Результирующее электрическое поле в проводнике будет иметь напряженность E=EeJj-T-E1-, уменьшенную по модулю по сравнению с Еех:
|Е| = |Е„|-|Е,|. При условии I E8J = I EjI сила, действующая на электроны проводимости, станет равной нулю, и упорядоченное перемещение зарядов в проводнике прекратится.
3°. Под действием внешнего электростатического поля электроны проводимости в металлическом проводнике перераспределяются так, что напряженность результирующего поля в любой точке внутри проводника равна нулю; некомпенсированные заряды располагаются неподвижно только на его поверхности.
1.5. ПРОЕОДНИКИ В ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ 19J
Риє. III.1.10
4°. Явление перераспределения зарядов в проводнике во внешнем электростатическом поле называется электростатической индукцией. Оно состоит в разделении положительных и отрицательных зарядов, которые содержатся в проводнике в одинаковых количествах. Заряды, разделенные электростатическим полем (наведенные, индуцированные заряды), взаимно компенсируют друг друга, если проводник удаляет из поля. При этом восстанавливается обычное состояние металлического твердого тела.
5°. Если внутри проводника имеется полость, то в этой полости напряженность электростатического поля равна нулю независимо от того, какое поле имеется вне проводника
и как заряжен проводник. Внутренняя полость в проводнике экранирована (защищена) от внешних электростатических полей. На этом основана электростатическая защита; если прибор окружен замкнутой металлической поверхностью, то никакие внешние электрические поля на этот прибор действовать не будут. Обычно для этого используется заземленная медная сетка, играющая роль экрана. Потенциал экрана сохраняется равным потенциалу Земли (111.1.8.4°).
