Напряженность поля точечного заряда | Объединение учителей Санкт-Петербурга
Основные ссылки
CSS adjustments for Marinelli theme
Объединение учителей Санкт-Петербурга
Форма поиска
Поиск
Вы здесь
Главная » Напряженность поля точечного заряда
| Напряженность поля точечного заряда. | |
Обозначим: q — заряд, создающий поле, q0 — заряд, помещенный в поле (внешний заряд). Закон Кулона: . Напряженность поля: . Тогда напряженность поля точечного заряда: | |
Теорема Гаусса. Потоком вектора напряженности наз. величина Ф, равная произведению модуля вектора напряженности на площадь контура S, ограничивающую некоторую площадь, и на косинус угла между вектором напряженности и нормалью (перпендикуляром) к площадке. |
|
Если считать, что напряженность пропорциональна числу силовых линий, приходящихся на единицу площади поверхности (т.е. густоте), то поток напряженности пропорционален полному числу силовых линий, пересекающих данный контур. | |
Поток линий напряженности электростатического поля через произвольную замкнутую поверхность прямо пропорционален величине заряда, находящегося в области пространства, ограниченного данной поверхностью. | |
Применения теоремы Гаусса. |
|
1. Напряженность поля заряженной проводящей сферы радиуса R. Сфера заряжена по поверхности. А) Внутри сферы заряда нет . Е=0 | |
Б) Снаружи сферы. | |
На поверхности сферы: | |
2. |
|
Введем понятие объемной плотности заряда: Объемная плотность заряда показывает, какой заряд содержится в единице объема заряженного по всему объему тела. Объем шара произвольного радиуса . Обозначим q — заряд шара, q0 — заряд, находящийся внутри объема произвольного радиуса. | |
Тогда заряд сферы радиуса r , будет: Следовательно: . – напряженность поля внутри шара, равномерно заряженного по объему. Снаружи — см. 1. | |
3. Напряженность поля бесконечной заряженной плоскости. |
|
Введем понятие поверхностной плотности заряда: . Тогда . Коэффициент 2 появляется, т.к. плоскость окружена двумя поверхностями площадью S. 4. Напряженность поля плоского воздушного конденсатора. Из рисунка видим, что снаружи конденсатора поля пластин взаимно скомпенсированы, и общее поле равно нулю. Внутри конденсатора поля складываются. Используя вывод п.3 получаем: . Формула справедлива при условии, что расстояние между пластинами много меньше размеров самих пластин и вдали от краев пластин. | |
Поле бесконечной заряженной плоскости не зависит от расстояния от плоскости! Можно пользоваться, когда расстояние много меньше размеров плоскости.Теги:
конспект
Электростатика | Формулы по физике
Электрический зарядНайти
Известно, что:
qne =
Вычислить ‘q’Закон Кулона
Найти
Известно, что:
Fkq1q2r =
Вычислить ‘F’Постоянная Кулона
Найти
Известно, что:
kπε_0 =
Вычислить ‘k’Относительная диэлектрическая проницаемость
Найти
Известно, что:
εF_вакF_окр =
Вычислить ‘ε’Электрическое поле
Найти
Известно, что:
EFq =
Вычислить ‘E’Электрическое поле точечного заряда в вакууме
Найти
Известно, что:
Ekq_0r =
Вычислить ‘E’Электрическое поле точечного заряда в окружающей среде
Найти
Известно, что:
E_окрkq_0εr =
Вычислить ‘E_окр’ Электрическое поле вне заряженной сферыНайти
Известно, что:
Ekσ4πRr =
Вычислить ‘E’Электрическое поле вне заряженной сферы
Найти
Известно, что:
Ekqr =
Вычислить ‘E’Электрическое поле бесконечной заряженной плоскости
Найти
Известно, что:
Ek2πσ =
Вычислить ‘E’Электрическое поле бесконечной заряженной плоскости
Известно, что:
Eσε_0 =
Вычислить ‘E’Электрическое поле конденсатора
Найти
Известно, что:
Ekπσ =
Вычислить ‘E’Работа в электрическом поле
Найти
Известно, что:
AFΔ_d =
Вычислить ‘A’Потенциальная энергия системы двух точечных зарядов
Найти
Известно, что:
Wkq0qεr =
Вычислить ‘W’Работа в электрическом поле — разность потенциальных энергий
Найти
Известно, что:
AW1W2 =
Вычислить ‘A’Потенциал электростатического поля
Найти
Известно, что:
φWq =
Вычислить ‘φ’Напряжение — разность потенциалов
Найти
Известно, что:
Uφ1φ2 =
Вычислить ‘U’Найти
Известно, что:
AqU =
Вычислить ‘A’Потенциал электростатического поля вокруг точечного заряда
Найти
Известно, что:
φkq0εr =
Вычислить ‘φ’Напряжённость электростатического поля
Найти
Известно, что:
EUΔ_d =
Вычислить ‘E’Результирующее электрическое поле
Найти
Известно, что:
EE0E1 =
Вычислить ‘E’Электрический момент
Найти
Известно, что:
pql =
Вычислить ‘p’Электрическая ёмкость
Найти
Известно, что:
Cqφ =
Вычислить ‘C’Электрическая ёмкость шара
Найти
Известно, что:
CεRk =
Вычислить ‘C’Найти
Известно, что:
CqU =
Вычислить ‘C’Электрическая ёмкость плоского конденсатора
Найти
Известно, что:
Cεε0Sd =
Вычислить ‘C’Электрическая ёмкость сферического конденсатора
Найти
Известно, что:
Cπεε0R1R2 =
Вычислить ‘C’Потенциальная энергия заряженного плоского конденсатора
Найти
Известно, что:
WqE1d =
Вычислить ‘W’Потенциальная энергия заряженного плоского конденсатора
Найти
Известно, что:
WqEd =
Вычислить ‘W’Потенциальная энергия заряженного плоского конденсатора
Найти
Известно, что:
WqU =
Вычислить ‘W’Потенциальная энергия заряженного плоского конденсатора
Найти
Известно, что:
WCU =
Вычислить ‘W’Потенциальная энергия заряженного плоского конденсатора
Найти
Известно, что:
WqC =
Вычислить ‘W’Потенциальная энергия заряженного плоского конденсатора
Найти
Известно, что:
Wεε0EV =
Вычислить ‘W’Потенциальная энергия заряженного плоского конденсатора
Найти
Известно, что:
Wεε0ESd =
Вычислить ‘W’Плотность энергии электрического поля
Найти
Известно, что:
ω_pWV =
Вычислить ‘ω_p’Плотность энергии электрического поля
Найти
Известно, что:
ω_pε0εE =
Вычислить ‘ω_p’Как рассчитать электрический заряд
Будь то статическое электричество, испускаемое пушистым пальто, или электричество, питающее телевизоры, вы можете узнать больше об электрическом заряде, поняв лежащую в его основе физику.
Методы расчета заряда зависят от природы самого электричества, например, от принципов распределения заряда по объектам. Эти принципы одинаковы, где бы вы ни находились во Вселенной, что делает электрический заряд фундаментальным свойством самой науки.
Формула электрического заряда
Существует много способов расчета электрического заряда для различных контекстов в физике и электротехнике.
Закон Кулона обычно используется при расчете силы, возникающей от частиц, несущих электрический заряд, и является одним из наиболее распространенных уравнений электрического заряда, которые вы будете использовать. Электроны несут индивидуальные заряды -1,602 × 10 -19 Кл (Кл), а протоны несут такой же заряд, но в положительном направлении, 1,602 × 10 92}
, в котором k является константой k = 9,0 × 10 9 Н·м 2 / C 2 . Физики и инженеры иногда используют переменную e для обозначения заряда электрона.
Обратите внимание, что для зарядов противоположных знаков (плюс и минус) сила отрицательна и, следовательно, притягивает между двумя зарядами. Для двух зарядов одного знака (плюс и плюс или минус и минус) сила отталкивающая. Чем больше заряды, тем сильнее сила притяжения или отталкивания между ними.
Electric Charge and Gravity: Similarities
Coulomb’s law bears striking similarity to Newton’s law for gravitational force F G = G m 1 m 2 / r 2 Для гравитационной силы F G , массы M 1 и M 2 , и гравитационная константа G = 6.674 × 100013 –11 M M M M M M M M = 6.674 × 100013 -0013 3 / кг с 2 . Оба они измеряют разные силы, изменяются в зависимости от большей массы или заряда и зависят от радиуса между обоими объектами во второй степени.
Несмотря на сходство, важно помнить, что гравитационные силы всегда притягивающие, в то время как электрические силы могут быть как притягивающими, так и отталкивающими.
Следует также отметить, что электрическая сила, как правило, намного сильнее, чем гравитация, исходя из различий в экспоненциальной мощности констант законов. Сходство между этими двумя законами является лучшим показателем симметрии и закономерностей среди общих законов Вселенной.
Сохранение электрического заряда
Если система остается изолированной (т. е. без контакта с чем-либо за ее пределами), она будет сохранять заряд. Сохранение заряда означает, что общее количество электрического заряда (положительный заряд минус отрицательный заряд) остается неизменным для системы. Закон сохранения заряда позволяет физикам и инженерам рассчитать, сколько заряда перемещается между системами и их окружением.
Этот принцип позволяет ученым и инженерам создавать клетки Фарадея, в которых используются металлические экраны или покрытия для предотвращения утечки заряда.
Клетки Фарадея или щиты Фарадея используют тенденцию электрического поля к перераспределению зарядов внутри материала, чтобы нейтрализовать эффект поля и предотвратить повреждение или проникновение зарядов внутрь. Они используются в медицинском оборудовании, таком как аппараты магнитно-резонансной томографии, для предотвращения искажения данных, а также в защитном снаряжении для электриков и монтажников, работающих в опасных условиях.
Вы можете рассчитать чистый поток заряда для объема пространства, рассчитав общее количество входящего заряда и вычитая общее количество выходящего заряда. Благодаря электронам и протонам, которые несут заряд, заряженные частицы могут создаваться или разрушаться, чтобы уравновесить себя в соответствии с законом сохранения заряда.
Число электронов в заряде
Зная, что заряд электрона равен −1,602 × 10 −19 Кл, заряд равен −8 × 10 −18 C будет состоять из 50 электронов.
Вы можете найти это, разделив количество электрического заряда на величину заряда одного электрона.
Расчет электрического заряда в цепях
Если вы знаете электрический ток , поток электрического заряда через объект, проходящий через цепь и как долго действует ток, вы можете рассчитать электрический заряд, используя уравнение для тока Q = It в котором Q — это общий заряд, измеренный в кулонах, I — ток в амперах, а t — время подачи тока в секундах. Вы также можете использовать закон Ома ( В = IR ) для расчета тока по напряжению и сопротивлению.
Для цепи с напряжением 3 В и сопротивлением 5 Ом, приложенной в течение 10 секунд, соответствующий полученный ток равен I = В / R = 3 В / 5 Ом = 0,6 А, а общая заряд будет Q = It = 0,6 А × 10 с = 6 Кл.
Если известна разность потенциалов ( В ) в вольтах, приложенных к цепи, и работа ( Вт ) в джоулях, выполненная за период, в течение которого она применяется, заряд в кулонах, Ом = Вт / В .
Формула электрического поля
••• Сайед Хуссейн Атер
Электрическое поле , электрическая сила на единицу заряда, распространяется радиально наружу от положительных зарядов к отрицательным зарядам и может быть рассчитано с помощью E = F E / q , где F E — электрическая сила, а q — заряд, создающий электрическое поле. Учитывая, насколько фундаментальны поле и сила для расчетов в электричестве и магнетизме, электрический заряд можно определить как свойство материи, которое заставляет частицу иметь силу в присутствии электрического поля.
Даже если чистый или общий заряд объекта равен нулю, электрические поля позволяют различным образом распределять заряды внутри объектов.
Если в них есть распределения заряда, которые приводят к ненулевому чистому заряду, эти объекты поляризовано , а заряды, вызываемые этими поляризациями, известны как связанные заряды .
Общий заряд Вселенной
Хотя ученые не все согласны с тем, каков общий заряд Вселенной, они делали обоснованные предположения и проверяли гипотезы с помощью различных методов. Вы можете заметить, что гравитация является доминирующей силой во Вселенной в космологическом масштабе, и, поскольку электромагнитная сила намного сильнее, чем сила гравитации, если бы Вселенная имела суммарный заряд (положительный или отрицательный), то вы были бы в состоянии увидеть доказательства этого на таких огромных расстояниях. Отсутствие этих доказательств привело исследователей к мысли, что Вселенная имеет нейтральный заряд.
Вопрос о том, всегда ли Вселенная была нейтральной по заряду, и как изменился заряд во Вселенной после Большого взрыва, также является предметом обсуждения.
Если бы у Вселенной был суммарный заряд, то ученые смогли бы измерить их тенденции и влияние на все силовые линии электрического поля таким образом, чтобы вместо того, чтобы соединяться от положительных зарядов к отрицательным, они никогда не заканчивались. Отсутствие этого наблюдения также указывает на аргумент, что Вселенная не имеет чистого заряда.
Расчет электрического потока с зарядом
••• Сайед Хуссейн Атер
Электрический поток через плоскую (т. перпендикулярно полю. Чтобы получить эту перпендикулярную составляющую, вы используете косинус угла между полем и плоскостью интереса в формуле для потока, представленной как Φ = EA cos( θ ) , где θ — угол между линией, перпендикулярной площади, и направлением электрического поля.
Это уравнение, известное как Закон Гаусса , также говорит вам, что для поверхностей, подобных этим, которые вы называете гауссовскими поверхностями , любой суммарный заряд будет располагаться на его поверхности плоскости, потому что необходимо создать электрическое поле.
Поскольку это зависит от геометрии площади поверхности, используемой при расчете потока, оно варьируется в зависимости от формы. Для круглой области площадь потока A будет π_r_ 2 с r в качестве радиуса окружности, или для криволинейной поверхности цилиндра площадь потока будет равна Ch , в которой C является окружностью круглая поверхность цилиндра и h высота цилиндра.
Заряд и статическое электричество
Статическое электричество возникает, когда два объекта не находятся в электрическом равновесии (или электростатическом равновесии ), или что существует чистый поток зарядов от одного объекта к другому. Когда материалы трутся друг о друга, они передают друг другу заряды. Трение носков о ковер или резинка надутого воздушного шара о волосы могут генерировать эти формы электричества. Удар переносит эти избыточные заряды обратно, чтобы восстановить состояние равновесия.
Электрические проводники
Для проводника (материал, передающий электричество) в электростатическом равновесии электрическое поле внутри равно нулю, а суммарный заряд на его поверхности должен оставаться в электростатическом равновесии. Это потому, что если бы было поле, электроны в проводнике перераспределились бы или переориентировались в ответ на поле. Таким образом, они отменят любое поле в тот момент, когда оно будет создано.
Алюминиевая и медная проволока являются распространенными проводниками, используемыми для передачи тока, также часто используются ионные проводники, которые представляют собой растворы, в которых используются свободно плавающие ионы, позволяющие легко протекать заряду. Полупроводники , такие как микросхемы, обеспечивающие работу компьютеров, также используют свободно циркулирующие электроны, но не так много, как проводники. Полупроводники, такие как кремний и германий, также требуют больше энергии для циркуляции зарядов и обычно имеют низкую проводимость.
Напротив, изоляторы , такие как дерево, не пропускают через себя заряд.
Без поля внутри, для гауссовой поверхности, которая лежит непосредственно внутри поверхности проводника, поле должно быть равно нулю везде, так что поток равен нулю. Это означает, что внутри проводника нет чистого электрического заряда. Из этого можно сделать вывод, что для симметричных геометрических структур, таких как сферы, заряд равномерно распределяется по поверхности гауссовой поверхности.
Закон Гаусса в других ситуациях
Поскольку суммарный заряд на поверхности должен оставаться в электростатическом равновесии, любое электрическое поле должно быть перпендикулярно поверхности проводника, чтобы материал мог передавать заряды. Закон Гаусса позволяет рассчитать величину этого электрического поля и потока для проводника. Электрическое поле внутри проводника должно быть равно нулю, а снаружи оно должно быть перпендикулярно поверхности.
Это означает, что для цилиндрического проводника с полем, излучаемым от стенок под перпендикулярным углом, полный поток равен просто 2_E__πr_ 2 для электрического поля E и r радиус круглой грани цилиндрического проводника. Вы также можете описать чистый заряд на поверхности, используя σ , плотность заряда на единицу площади, умноженную на площадь.
Формальный заряд: определение, формула и примеры
- Что такое формальный заряд [1–8]
- Как рассчитать формальный заряд [1–7]
- Степень окисления в сравнении с формальным зарядом [8]
Что такое формальный заряд
[1-8] Формальный заряд — это заряд, приписываемый атому в молекуле, при условии, что все электроны в химических связях распределены поровну между атомами. Это предположение исключает разницу в электроотрицательности атомов. Сумма формальных зарядов всех атомов равна фактическому заряду соединения.
Если соединение является нейтральным, чистый формальный заряд равен нулю.
Как рассчитать официальный сбор
[1-7]Чтобы вычислить формальный заряд молекулы или иона, нужно знать о структуре Льюиса и резонансе . Точечная структура Льюиса — это прямое представление электронов валентной оболочки в атоме, ионе или молекуле. Он показывает, как электроны расположены вокруг атомов соединения. Точки представляют спаренные электроны, а пунктирные линии показывают связанные электроны.
Иногда для представления одного и того же соединения можно нарисовать более одной структуры Льюиса. Разница между этими структурами заключается в положении электронов и образовании связи. Свободные электроны могут перемещаться по всему соединению и называются делокализованными. Это явление смещения электронов среди атомов известно как резонанс. Эти эквивалентные структуры известны как резонансные структуры. В зависимости от соединения смещение электронов может вызвать изменение формальных зарядов атомов.
Однако чистый формальный заряд во всех резонансных структурах остается одинаковым.
Из представления структуры соединения по Льюису формальный заряд можно рассчитать двумя способами.
1. Использование уравнения
Следующая формула дает формальный заряд атома в молекуле.
q f = V – N – B/2
где,
V : число валентных электронов нейтрального атома
N число валентных электронов атом (также известный как неподеленная пара электронов)
B : общее количество электронов, находящихся в связях с другими атомами
Эта формула в явном виде дает отношение между количеством связывающих и несвязывающих электронов. Он указывает, сколько электронов формально «принадлежит» атому. Число валентных электронов у атома равно номеру его группы.
Формальный зарядПримеры
1. Углекислый газ (CO 2 )
Углерод (C) имеет двойную связь с каждым из атомов кислорода (O).
Структура СО 2 — это О=С=О.
Для углерода,
V = 4, N = 0, B = 8
Следовательно, формальный заряд углерода в CO 2 равен,
q f = 4 – 0 – 8/2 = 0
Для кислорода,
V = 6, N = 4, B = 4
Следовательно, формальный заряд кислорода в CO 2 равен,
q f = 6 – 4 – 4/2 = 0
Чистая формальная стоимость
0 + 0 + 0 = 0
Таким образом, формальная стоимость CO 2 равно нулю.
2. Нитрат (NO 3 – )
Азот (N) имеет двойную связь с одним атомом кислорода (O) и две одинарные связи с двумя другими атомами кислорода. Три связи в NO 3 – представлены O=N + , N + -O – и N + -O – .
Для азота
V = 5, N = 0, B = 8
Следовательно,
q f = 5 – 0 – 8/2 = 1
Формальный заряд азота в NO 3 – равен 1
Для кислорода 1,
V = 6, N = 4, B = 4
Следовательно,
q = 6 f – 4/2 = 0
Для кислорода 2 и кислорода 3,
V = 6, N = 6, B = 2
Следовательно,
q f = 6 – 6 – 2/2 = -1
Чистый формальный сбор составляет,
1 – 0 – 1 – 1 = – 1
Таким образом, формальный сбор NO 3 – равно -1.
2. Визуальный метод
Помимо формулы, формальные сборы могут быть рассчитаны графически с использованием диаграммного метода. Вот шаги для расчета формального обвинения.
Шаг 1 : Нарисуйте круг вокруг атома, для которого рассчитывается формальный заряд
Шаг 2 : Подсчитайте количество электронов в окружности рассматриваемого атома, включая электроны, находящиеся в ковалентных связях.
Этап 3 : Формальный заряд определяется как,
Формальный заряд = номер группы (старый ИЮПАК) атома – электроны в атомном круге
Ниже приведен пример расчета формального заряда SO 4 2- визуальным методом.
How to Calculate Formal ChargeFormal Charges of Some Common Compounds
- CO
- CO 2
- NO 3 –
- N 2 O
- O 3
- NH 3
- SO 2
- ClO 4 –
- NO 2 –
- CH 3 –
- ClO 3 –
- CO 3 2-
- HCN
- SCN –
- SO 3
- CN –
- POCl 3
Oxidation Number vs.
