☰ Содержание · Физика

Заряд и напряжённость электрического поля

Уроки 30 · 1 урок · Н. Ш. Турдиев, К. А. Турсунметов, А. Г. Ганиев, К. Т. Суяров, Ж. Э. Усаров, А. К. Авлиёкулов. Физика, 10 класс, 1-е издание. Издательство «Niso Poligraf», Ташкент, 2017
30

Закон сохранения заряда. Поле точечного заряда. Принцип суперпозиции для напряжённости электрического поля

Учебник: с. 114–117
ЦельПрименять закон сохранения заряда, напряжённость электрического поля, поле точечного заряда и принцип суперпозиции в задачах.
Новые слова
закон сохранения заряда · zaryadning saqlanish qonuniнапряжённость электрического поля · elektr maydon kuchlanganligiсиловые линии · kuch chiziqlariпринцип суперпозиции · superpozitsiya prinsipi
Объяснение

В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех тел не изменяется: q₁ + q₂ + … + qₙ = const (эту идею выдвинул Б. Франклин в середине XVIII века). При электризации заряд, потерянный одним телом, приобретает другое. Заряды создают вокруг себя электрическое поле; его силовая характеристика — напряжённость E = F/q₀ (вектор, единица 1 Н/Кл = 1 В/м), направленная так же, как сила, действующая на положительный пробный заряд. На расстоянии r от точечного заряда q в вакууме E = k|q|/r², где k = 9·10⁹ Н·м²/Кл². E направлена от положительного заряда и к отрицательному; силовые линии начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных. Поле нескольких зарядов подчиняется принципу суперпозиции: E = E₁ + E₂ + … (векторная сумма). На одной прямой значения E складывают или вычитают; если они перпендикулярны, E = √(E₁² + E₂²).

Примеры
На расстоянии r = 0,3 м от точечного заряда q = 4 нКл (4·10⁻⁹ Кл) E = kq/r² = 9·10⁹·4·10⁻⁹/0,09 = 36/0,09 = 400 Н/Кл. Если расстояние удвоится, E уменьшится в 4 раза: 100 Н/Кл.
В некоторой точке два заряда создают перпендикулярные поля E₁ = 300 Н/Кл и E₂ = 400 Н/Кл. Результирующая напряжённость E = √(300² + 400²) = √250 000 = 500 Н/Кл. Если бы они были направлены одинаково, E = 700 Н/Кл.
Работа в классе

Только в сухом воздухе, вместе с учителем: потрите пластиковую линейку о шерсть и понаблюдайте, как она притягивает мелкие кусочки бумаги; объясните это с помощью заряда и поля. Не экспериментируйте с электричеством из сети или с источниками питания.

Упражнения
1
Сформулируйте закон сохранения заряда.
2
Два одинаковых шарика с зарядами +6 нКл и –2 нКл соприкасаются и разводятся. Каков заряд каждого (нКл)?
3
Чему равна E на расстоянии r = 3 м от q = 2 нКл (Н/Кл)? (k = 9·10⁹)
4
Почему силовые линии электрического поля никогда не пересекаются?