1 Электрическое поле, его характеристики. Поле диполя. Диполь в однородном и неоднородном электрическом поле. Электропроводность металлов, электролитов, газов Практическое занятие 7
2 Любое протяженное заряженное тело – совокупность точечных зарядов является источником электрического поля : Одна из форм существования материи Удобная физическая модель Электростатическое поле Можно наблюдать с помощью органов чувств Упрощение описания электрических взаимодействий
3 «Инструмент исследования» электрического поля – пробный (+) точечный электрический заряд, помещаемый в различные точки пространства (поля) Электрическое поле На пробный (+) заряд со стороны поля действует сила Напряженность поля в данной точке 2. Пробный (+) заряд в данной точке обладает потенциальной энергией П: Потенциал поля в данной точке (нестрого):
4 Напряженность поля точечного заряда (закон Кулона): направление вектора напряженности – по направлению силы, действующей на (+) пробный заряд, помещенный в данную точку поля: модуль: Принцип суперпозиции (наложения):
5 Потенциал данной точки поля точечного заряда: Принцип суперпозиции (наложения):
6 Электрическое поле создано двумя точечными зарядами: q 1 = 30 нКл и q 2 = – 5 0 нКл. Расстояние d между зарядами равно 5 см. Определить напряженность и потенциал электрического поля в точке, находящейся на расстоянии r 1 = 3 см от первого и на расстоянии r 2 = 4 см от второго зарядов. СИ:
7
8
9
10 № q 1, нКл q 2, нКл l, мм r 1, мм r 2, мм ε 1 1,0 -2,4 5,0 4,0 3,0 81 2 2,0 -2,6 10 8,0 6,0 5,0 3 3,0 -2,8 5,0 3,0 4,0 6,0 4 4,0 -3,1 10 6,0 8,0 9,0 5 1,5 -3,3 1 0,6 0,8 10 6 1,8 -3,5 0,5 0,4 0,3 12 7 1,2 -3,7 5,0 3,0 4,0 7,0 8 2,2 -1,0 10 10 10 6,0 9 2,4 -2,0 5,0 5,0 5,0 2,0 10 2,6 -3,0 10 6,0 8,0 3,0 11 2,8 -4,0 0,1 0,1 0,1 4,0 12 3,1 -1,5 0,5 0,5 0,5 5,0 13 3,3 -1,8 10 6,0 8,0 6,0 14 3,5 -1,2 5 3 4 7,0 15 3,7 -2,2 0,1 0,1 0,1 1,3
11 Оценить электрический заряд Земли (он отрицателен), если напряженность электрического поля у поверхности Земли Е = 130 В/м. Радиус Земли 6400 км. Возможно ли путем измерения напряженности (потенциала) электрического поля в различных точках пространства определить распределение электрического заряда, создающего поле, в пространстве? СИ:
12 Электрон перемещается между точками с разностью потенциалов 1В. Найти работу сил поля и приращение кинетической энергии электрона. СИ: Электростатические силы – консервативные: Закон сохранения энергии для системы, в которой действуют только консервативные силы:
13 Какая ускоряющая разность потенциалов U требуется для того, чтобы сообщить скорость v 2 = 30 Мм/с первоначально покоящемуся электрону? СИ:
14 Электрический диполь – единая система, моделирующая электрические свойства многих биологических объектов. Потенциал поля диполя: Активные свойства диполя, как источника поля:
15 Определить потенциал φ поля, создаваемого диполем с электрическим моментом р= 4 пКл·м на расстоянии r = 10 см от центра диполя, в направлении, составляющем угол α = 60˚ с вектором электрического момента. СИ: р е= 4 · 10 -12 Кл·м r = 0,10 м
16 Мгновенное распределение (+) и (-) зарядов в теле (следствие процесса жизнедеятельности): Суммарный заряд тела = 0 Полученная простая система из двух равных по модулю, противоположных по знаку зарядов – электрический диполь. Электрический момент диполя:
17 Точечные электрические заряды располагаются вдоль оси ОХ. Значения зарядов и их координаты: q 1 = 0,10мКл, q 2 = 0,20 мКл, q 3 = 0,30 мКл, q 4 = -0,05мКл, q 5 = - 0,20 мКл, q 6 = - 0,35 мКл; х 1 = 10 мм, х 2 = 20 мм, х 3 = 30 мм, х 4 = 0 мм, х 5 = -10 мм, х 6 = - 50 мм. Оценить значение дипольного момента данного распределения зарядов. Может ли данная система моделироваться электрическим диполем?
18 Координата Х (+) эквивалентного (+) заряда: Координата Х (-) эквивалентного (-) заряда:
19 Длина плеча диполя:
20 Двойной фосфолипидный слой уподобляет биологическую мембрану конденсатору. Вещество мембраны представляет собой диэлектрик с диэлектрической проницаемостью ε. Разность потенциалов между поверхностями мембраны равна U при толщине мембраны d. Оценить электроемкость участка мембраны площадью S и напряженность электрического поля в ней.
21 № варианта ε S, мм 2 U, В d, нм 1 3,9 1,8 0,16 11 2 4,0 1,7 0,17 12 3 4,1 1, 9 0,18 13 4 4,2 1, 8 0,19 9,0 5 4,3 1, 9 0,20 8,0 6 4,4 2,1 0,21 10 7 3,7 2,0 0,22 11 8 3,6 1,9 0,23 12 9 3,5 1, 8 0,24 13 11 3,8 2,2 0,15 10 12 3,9 1,8 0,16 11 13 4,0 1,7 0,17 12 14 4,1 1, 9 0,18 13 15 4,2 1, 8 0,19 9,0
22 Средняя мощность разряда электрического сома Р = 8 Вт при напряжении U = 360 В. Время разряда t = 0,13 мс. Определить электроемкость органов сома. СИ: t = 0,13 · 10 -3 с Энергия электрического поля, аккумулированная сомом: Мощность, выделяемая при разряде:
23 Оценить, какое количество одновалентных ионов должно перейти из цитоплазмы в межклеточную жидкость для создания потенциала покоя φ м ≈ -120 мВ? Принять площадь поверхности клетки S = 10 -9 м 2 ; удельную электроемкость мембраны (на единицу площади) С уд = 10 -2 Ф/м 2. СИ: Δ φ = 0,120 В Заряд мембранного конденсатора: Количество одновалентных ионов:
