Перейти к содержанию

Электрические поля и потенциал в сложных системах

Физика 12 класс Сложность 4/5

Начало урока

Карта электрического влияния

Сложные системы упрощаются двумя описаниями: поле — вектор силы, потенциал — скаляр энергии.

Цели

  • складывать поля как векторы, потенциалы как скаляры;
  • связывать поле, разность потенциалов, работу и энергию;
  • правильно читать линии поля и эквипотенциали;
  • использовать симметрию и закон Гаусса в пределах применимости;
  • анализировать диполи, проводники и конденсаторы.

1. Поле и сила

$\mathbf E=\mathbf F/q_0$. Для точечного заряда $\mathbf E=kq\hat{\mathbf r}/r^2$: наружу от положительного, внутрь к отрицательному. На заряд действует $\mathbf F=q_t\mathbf E$; для отрицательного сила противоположна полю. Для многих источников $\mathbf E=\sum\mathbf E_i$, поэтому складывают компоненты.

+−плоскость нулевого потенциала

2. Потенциал и энергия

$V=U/q_t$. Точечный заряд даёт $V=kq/r$, источники складываются алгебраически. $V_B-V_A=-\int_A^B\mathbf E\cdot d\mathbf l$, а $\mathbf E=-\nabla V$: поле направлено к быстрейшему уменьшению потенциала. $\Delta U=q_t\Delta V$, $W_{field}=-\Delta U$.

3. Линии и эквипотенциали

Линии идут от плюса к минусу или бесконечности, касательная задаёт направление, линии не пересекаются. По эквипотенциали работа не совершается; поле перпендикулярно поверхности. Частые эквипотенциали означают сильное поле.

4. Распределения и закон Гаусса

Для распределения интегрируют $d\mathbf E=k\,dq\hat{\mathbf r}/r^2$. $\oint\mathbf E\cdot d\mathbf A=Q_{enc}/\varepsilon_0$ всегда верен, но прямо даёт $E$ только при высокой симметрии: сфера, длинная линия, бесконечная плоскость. Для сложной геометрии используют интеграл или численный расчёт.

5. Диполь

Продолжите этот урок на YourAIZone

В полном уроке — объяснение целиком, разобранные примеры, частые ошибки, тесты с мгновенной проверкой и ИИ-репетитор. Начните сразу как гость или создайте аккаунт, чтобы сохранять прогресс.

В полном уроке

  • Объяснение целиком
  • Разобранные примеры
  • Частые ошибки и как их избежать
  • Тестовые вопросы: 15
  • ИИ-репетитор, который отвечает на вопросы по теме
  • Отслеживание прогресса для ученика, родителей и учителя