Электростатика

 

Введение

Электрический заряд

Электромагнитное поле Ещё раз повторю, мир состоит из взаимодействующих частиц, но частицы не взаимодействуют друг с другом. Этот вопрос занимал ещё Ньютона. Он считал, что сама идея взаимодействия через пустое пространство это абсурд. Нынешняя физика так же отвергает взаимодействие через пустое пространство. Например, откуда Земля "знает", что где-то от неё на расстоянии 150 млн. км находится Солнце, к которому она должна притягиваться? Поле является переносчиком взаимодействия, в частности, переносчиком электромагнитных взаимодействий является электромагнитное поле. Что такое поле? опять таки первичное понятие, невозможно его выразить более простыми словами. Надо понимать так: имеем частицу заряженную, одну единственную, и то, что создаёт частица в пространстве, это и есть электромагнитное поле. Некоторые формы этого электромагнитного поля мы видим, свет есть проявление электромагнитного поля. Другая заряженная частица погружена в это поле и взаимодействует с этим полем там, где она находится. Таким образом, решена проблема взаимодействия. Электромагнитное поле - это переносчик электромагнитного взаимодействия.

Уравнения поля

Полевые уравнения

Поток вектора

Циркуляция потока

Статическое электромагнитное поле (электростатика)

Общие свойства электростатического поля

Потенциал

Градиент

Работа по перемещению заряда по замкнутому контуру равна нулю

Физический смысл скалярного поля

Описание электростатического поля Теперь мы имеем два описания электростатического поля. Либо мы задаём напряжённость , либо мы задаём в каждой точке потенциал . Слова «разность потенциалов» вы должны понимать буквально – это разность. Вот синоним разности потенциалов, который употребляется в электротехнике, - напряжение. Это означает, что многие из вас склонные употреблять слова «напряжение в цепи» не знали их значения. Это синоним разности потенциалов. Аркады как основной элемент, формирующий композиционную тему Расположение арок в пространстве и образование на основе ритмических повторов центрической пространственной структуры с выделенным центром и двухэтажной галереей по периметру определяет создание развитой пространственной композиции. Виды избыточности во временной области, описанные в предыдущих разделах, указывают на такие характеристики в частотной области, которые можно в определенной мере использовать для уменьшения скорости передачи кодированного сигнала.Кратковременный спектр

Поля, создаваемые распределениями зарядов с хорошей симметрией

Цилиндрическая симметрия

Поле, создаваемое равномерно заряженной плоскостью. Вот мы имеем плоскость YZ, заряженную до бесконечности. Эта плоскость заряжена с постоянной плотностью s. s называется поверхностная плотность заряда. Если взять элемент поверхности , то в нём будет заряд . Значит, симметрия такова, что при сдвигах вдоль y и z ничего не меняется, это означает, что производные по y и z от чего угодно должны равняться нулю: . Это означает, что потенциал есть функция x только: . Вот такое следствие. Это означает, что любая плоскость ортогональная оси x является эквипотенциальной поверхностью. На любой такой плоскости j=const. Силовые линии ортогональны этим плоскостям, значит силовые линии – прямые параллельные оси x. Из соображений симметрии следует, что, если здесь они идут вправо от плоскости, то слева они должны идти влево от плоскости (ожидается, что имеется зеркальная симметрия).

Поле, создаваемое произвольным распределением заряда

Поле точечного заряда

Поле системы точечных зарядов. Принцип суперпозиции

Потенциал системы точечных зарядов

Поле на большом расстоянии от ограниченного распределения заряда

Поле диполя

Сила, действующая на ограниченное распределение заряда во внешнем поле

Потенциальная энергия ограниченного распределения заряда во внешнем поле

Сила, действующая на диполь во внешнем поле

Вещество в электростатическом поле

Диэлектрики в электрическом поле

Поляризация диэлектрика

Связь поведения векторного поля на поверхности и поведения его внутри объёма

Пример решения задачи

Проводники в электростатическом поле

Некоторые утверждения

Силовые линии поля

Конденсаторы Пусть мы имеем отдельный проводник, на который посажен заряд q, этот проводник создаёт поле такой конфигурации, как на рисунке 6.2. Потенциал этого проводника одинаков во всех токах, поэтому можно говорить просто потенциал проводника, а, вообще-то, слово потенциал требует указания точки, в которой этот потенциал определяется. Можно показать, что потенциал уединённого проводника – линейная функция заряда, который на него посажен, , увеличите заряд вдвое, потенциал увеличится вдвое. Это не очевидная вещь, и я не могу привести каких-нибудь аргументов на пальцах, чтобы пояснить вот эту зависимость. Получается так, что структура поля не меняется, ну, картина силовых линий не меняется, просто растут напряжённости поля во всех точках пропорционально этому заряду, но общая картина не меняется

Энергия конденсатора

Энергия электростатического поля

Плоский конденсатор

Стационарные магнитные поля

Уравнения Максвелла

Магнитные монополи

Магнитное поле бесконечного прямого проводника с током

Магнитное поле, создаваемое произвольным проводником с током

Магнитное поле кругового витка с током

Поле длинного соленоида

Магнитный момент

Магнитный момент витка с током

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле

Магнитный момент во внешнем поле

Магнитное поле в веществе

Магнитный момен А вот ещё пример ферромагнетика, бытовой пример магнитного поля в средах, во-первых, постоянный магнит, ну, и более тонкая вещь – магнитофонная лента. Каков принцип записи на ленту? Магнитофонная лента - это тонкая лента, покрытая слоем ферромагнетика, записывающая головка - это катушка с сердечником, по которой течёт переменный ток, в зазоре создаётся переменное магнитное поле, ток отслеживает звуковой сигнал, колебания с определённой частотой. Соответственно, в контуре магнита имеется переменное магнитное поле, которое меняется вместе с этим самым током. Ферромагнетик намагничивается переменным током. Когда эта лента протягивается по устройству такого типа, переменное магнитное поле создаёт переменную э.д.с. и воспроизводится опять электрический сигнал. Это ферромагнетики на бытовом уровне.

Квазистационарные поля

Явление электромагнитной индукции

Закон Ома

Закон сохранения заряда

Разрядка конденсатора

Явление самоиндукции

Энергия магнитного поля

Создание тока в цепи с индуктивностью

Нестационарные поля Ток смещения

Теория

Закон сохранения энергии для электромагнитного поля

Теорема Гаусса

Электромагнитные волны

Уравнения Максвелла в пустоте

Волновое уравнение и его решение .

Звуковая волна Имеем синусоидальную звуковую волну. Как её создать? Источник колеблется с одной частотой (такой гул на одной частоте мы редко воспринимаем, он, кстати, очень раздражает). Если идёт такая волна определённой тональности, то, когда вы стоите, у вас в ухе давление со временем меняется и создаёт силу, которая давит на перепонку в ухе, колебания перепонки передаются в мозги, с помощью там разных передаточных устройств, и мы будем слышать звук. А что будет, если вы будете бежать вдоль волны со скоростью её распространения? Будет постоянное давление на перепонку и всё, не будет никакого звука. Правда, пример гипотетический, потому что, если в воздухе бежать со скоростью звука, то у вас будет так свистеть в ушах, что вам не будет не до восприятия этой струны.