Согласно связи потенциала и напряженности электрического поля

имеем цепочку преобразований :

откуда
.
Полагая, что на бесконечности нет поля и взаимодействия, т.е. при
,
Получаем, что
, т.е.
.

имеем цепочку преобразований :

откуда

Полагая, что на бесконечности нет поля и взаимодействия, т.е. при

Получаем, что


Комментарии
1. Связь между напряженностью электрического поля и потенциалом можно использовать в качестве определения потенциала.
2. Если указанные действия непонятны, то смотрите технику работы с приращениями !
2. Если указанные действия непонятны, то смотрите технику работы с приращениями !

Вспомните определение потока вектора !
1. Элементарный поток через малую плоскую площадку площади
:
.
2. Поток через поверхность, которую можно представить как объединение маленьких плоских площадок:
.
Действия с приращениями и суммами смотрите в разделе "техника работы с приращениями" !


2. Поток через поверхность, которую можно представить как объединение маленьких плоских площадок:

Действия с приращениями и суммами смотрите в разделе "техника работы с приращениями" !
© Башаров А.М. 2015

Сформулирован теорминимум - основные положения электро- и магнитостатики, а также теория электрического тока в виде, в котором их удобно использовать для решения задач на эту тему.
Теоретический минимум по электростатике
Поле – в каждой точке пространства заданы величины, характеризующие это поле. Электростатическое поле создается зарядами. Наглядное представление электростатического поля дают силовые линии и эквипотенциальные поверхности.
Характеристики
поляПринцип
суперпозицииЗакон
КулонаСохранение
заряда
поляПринцип
суперпозицииЗакон
КулонаСохранение
заряда
1. Напряженность и потенциал:
Вектор напряженности электрического поля
Потенциал электрического поля
Они заданы в каждой точке пространства ! Т.е.

.
- радиус-вектор, характеризующий заданную точку пространства.
2. Что определяют характеристики поля:
Если в некоторой точке пространства
, в которой напряженность электрического поля равна вектору
, а потенциал электрического поля равен величине
, внести заряд величины
, то на этот заряд будет действовать сила
и он будет иметь электростатическую энергию
:

.
3. Связь между характеристиками поля:

Это – очевидное следствие общего определения потенциальной энергии
потенциальной силы
:
,
если в указанное определение подставить выражения для силы и энергии заряда
в электростатическом поле. Используем букву
вместо
для обозначения энергии заряда, поскольку обычно в электростатике и в теории электрического тока через
обозначают падение потенциала. Далее часто энергию заряда
будем обозначать непосредственно через
, поскольку букву
будем также использовать для обозначения внутренней энергии.
4. Наглядное представление электростатического поля:
Силовая линия – линия, в каждой точки которой касательная к линии совпадает с направлением вектора
в этой точке.
Эквипотенциальная поверхность – поверхность, в каждой точке которой потенциал электрического поля имеет одно и то же значение
.
Силовые линии перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.
Плотность или густота силовых линий (иногда и эквипотенциальных поверхностей вне «объемов» одинакового потенциала) считается пропорциональной модулю напряженности электрического поля
.
Вектор напряженности электрического поля

Потенциал электрического поля

Они заданы в каждой точке пространства ! Т.е.



2. Что определяют характеристики поля:
Если в некоторой точке пространства








3. Связь между характеристиками поля:

Это – очевидное следствие общего определения потенциальной энергии



если в указанное определение подставить выражения для силы и энергии заряда







4. Наглядное представление электростатического поля:
Силовая линия – линия, в каждой точки которой касательная к линии совпадает с направлением вектора

Эквипотенциальная поверхность – поверхность, в каждой точке которой потенциал электрического поля имеет одно и то же значение

Силовые линии перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.
Плотность или густота силовых линий (иногда и эквипотенциальных поверхностей вне «объемов» одинакового потенциала) считается пропорциональной модулю напряженности электрического поля

Всякий электрический заряд создает электрическое поле. Если зарядов несколько, например,
и
, то каждый из них в отсутствие других, создает электрическое поле, характеризуемое напряженностью
и потенциалом
. Индекс
указывает на характеристики поля, создаваемого зарядом
.
Принцип суперпозиции гласит, что поле
, созданное несколькими зарядами
есть сумма полей, созданных каждым из указанных зарядов в отсутствие других зарядов:
,
.






Принцип суперпозиции гласит, что поле




1Электрическое поле точечного заряда величины
, расположенного в начале координат, в точке, определяемой радиус-вектором
определяется формулами
NB!
В системе СГС
. В системе СИ
, где
– размерная постоянная. Вектор
представляет собой вектор единичной длины в направлении радиус-вектора
.
2Обычная формулировка закона Кулона следует из данной формулировки при учете смысла напряженности электрического поля. Если в точку
поместить заряд
, то на него будет действовать сила Кулона:
.
При этом энергия взаимодействия зарядов равна
.
3 Следствие из закона Кулона. Окружим заряд
сферой
радиуса
с центром, совпадающим с зарядом. Разобьем поверхность сферы на маленькие площадки площади
. В каждой такой площадке вектор, перпендикулярный площадке (вектор нормали
) совпадает по направлению с радиусом-вектором этой площадки. Поэтому имеем равенство
.
Здесь величина
берется в точках сферы, т.е. постоянная на поверхности сферы и равна
, так что
.
Величина
называется потоком вектора
через поверхность
. Поверхность характеризуется вектором нормали
, который в случае замкнутой поверхности должен быть направлен наружу.
Удобно для маленьких площадок использовать обозначение
.
Полученный результат (система СИ)

есть частный случай теоремы Гаусса, которая гласит, что поток вектора напряженности электрического поля через любую замкнутую поверхность равен заряду, содержащемуся внутри объема, ограниченного данной поверхностью, деленной на
.
Теорему Гаусса можно включить в основные законы электростатического поля и вывести из нее закон Кулона.



В системе СГС





2Обычная формулировка закона Кулона следует из данной формулировки при учете смысла напряженности электрического поля. Если в точку



При этом энергия взаимодействия зарядов равна

3 Следствие из закона Кулона. Окружим заряд






Здесь величина



Величина




Удобно для маленьких площадок использовать обозначение

Полученный результат (система СИ)

есть частный случай теоремы Гаусса, которая гласит, что поток вектора напряженности электрического поля через любую замкнутую поверхность равен заряду, содержащемуся внутри объема, ограниченного данной поверхностью, деленной на

Теорему Гаусса можно включить в основные законы электростатического поля и вывести из нее закон Кулона.
Один из основных законов сохранения в природе.
Заряд не исчезает бесследно и не появляется ниоткуда. Сумма зарядов в замкнутой системе остается постоянной. Иногда говорят об электрозамкнутой системе, но это тавтология, хотя и допустимая.
С точки зрения электростатики все вещества по отношению к электрическому полю подразделяются на металлы, диэлектрики и полупроводники. Определяющей характеристикой такого деления является наличие свободных носителей заряда.
Свободные носители зарядаМеталлыДиэлектрики
Что такое свободные носители заряда? Известно, что в изолированном от всего атоме электроны локализованы вокруг ядра и находятся в стационарных энергетических состояниях.
Диэлектрики
Диэлектрики
Поле шараПоле плоскостиПоля нити и цилиндра
Шары и
сферыПлоский
конденсаторСферический
конденсаторСоединения
конденсаторов
сферыПлоский
конденсаторСферический
конденсаторСоединения
конденсаторов