Э л е к т р о д и н а м и к а Э Л Е К Т Р О С Т А Т И К А

1. ЛАРИОНОВ В.В. Э л е к т р о д и н а м и к а Э Л Е К Т Р О С Т А Т И К А 3

2. литература 1. Матвеев А.Н. «Электричество и магнетизм», М. Высшая школа,1983. • 2. Крючков Ю. Ю., Тюрин Ю. И., Чернов И. П., «Физика», ч.2, Электричество и магнетизм – Томск,: 2003 3.Сивухин Д.В. «Общий курс физики»,- «Электричество».-М.,Наука,1983,1992г.

3. 5. Парсел Э. «Электричество и магнетизм» , Берклеевский курс физики.- М., Наука, 1983, 1996. 4. Астахов А.В., Широков Ю.М. «Электромагнитное поле» .- Наука,1980. 6. Тюрин Ю.И., Ларионов В.В., Чернов И.П. Физика. Сборник задач (с решениями). Электричество и магнетизм. -Томск, Изд. ТГУ, 2004. – 448 с.

4. Сегодня: пятница, 14 ноября 2014 г. Ларионов В.В. Тема:Заряд и его свойства, закон Кулона

5. КУЛОН Шарль Огюстен (14.6.1736 – 23.8.1806) – (Couloumb) французский физик и военный инженер. Сформулировал законы трения, качения и скольжения. Установил законы упругого кручения. В 1725 г., построил прибор для измерения силы – крутильные весы. В 1725 году Кулон открыл закон, названный в последствии его именем. Раньше ожидали, этот закон должен быть похож на закон всемирного тяготения. Так оно и оказалось, только величина сил разная: если передать 1% электронов от одного человека к другому, то сила взаимодействия между ними на расстоянии вытянутой руки будет больше веса земного шара. (Ранее крутильные весы изобрел Кавендиш и на 10 лет раньше Кулона он установил этот закон).

6. Макроскопические носители зарядов. Кварки. Заряженные частицы и ионы, q=1,6021892*10-19Кл. mе = 9,1*10-31кг. 4πr2ρ 4πr2ρ Нейтрон. Протон. 0 0,5 1 r,10-15м 1,5 r,10-15м 0 0,5 1 1,5 r+dr r Рис. 2. Рис. 1. 7

7. Что такое заряд? Мы знаем только его структуру и свойства Что означает непрерывное распределение элементарного заряда? Дробный заряд? Кварки (Гелл – Манн) и Дж. Цвейг: гипотеза (1964 г.) Из романа Дж. Джойса «Поминки по Финнегану», герою которого во сне слышались слова о таинственных трех кварках

8. Тип кварка к

9. 1.Электрический заряд кварков дробный: плюс и минус две трети или одна треть от заряда электрона 2. В свободном состоянии кварки не существуют. Как реальности, кварки проявляют себя только в комбинациях по два или по три. 3. Из шести основных кварков строятся все элементарные частицы. При этом учитывается направление спина, заряд и т.д.

10. 4. Некоторые тяжелые элементарные частицы состоят из трех одинаковых кварков (по массе и заряду), что противоречит принципу Паули.Для того чтобы на один уровень посадить 3 кварка вместо двух по принципу Паули, кварки окрасили в три различных цвета. Гелл-Манн и Цвейг придумали название для цвета кварков: красный, синий, зеленый. Родилась новая наука «Квантовая хромодинамика».

11. Pm В классической физике Pm =ISn: n S Ток I, охватывает поверхность S Спин –собственный магнитный момент. Это внутреннее свойство частицы и не имеет классического аналога. Спин рассматривается как некоторое первоначальное свойство частицы. Спиновый магнитный момент не описывается классической теорией электричества и магнетизма.

12. Названия кварков: Нижний - d Странный - S Прекрасный - b Верхний - u Очарованный - с Высший - t Протон состоит: Нейтрон состоит: d u d u u d

13. Кварки движутся, их относительное время пребывания на различных расстояниях от центра представлено на рис. 1,2. 4πr2ρ 4πr2ρ Нейтрон. Протон. 0 0,5 1 r,10-15м 1,5 r,10-15м 0 0,5 1 1,5 r+dr r Рис. 2. Рис.1.

14. 3. Элементарный заряд. Измерения заряда. 2 вида зарядов + и - заряды свойство симметрии. Б.Франклин (1706-1790) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - Пластмассовая линейка натертая бумагой + + + + + + + + + + Стеклянная палочка натертая тканью - - - - - - - - - - - - + + + + +

15. Электроскоп + + + + + + + + + + - - + + + + + + + + Проводимость Индукция - - - - + - - + + - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - Определяем знак неизвестного заряда

16. 4. Дискретность заряда: Б.Франклин в 1752г.- умозрительно Фарадей в 1834г.- электролиз 1881 Г.Л.Гельмгольц и Д.Стоней

17. Опыт Милликена 1909г. (1868-1953) Резонансный + + + + + + + + + + + Fл Fтр qE m,Q υ Е mg - - - - - - - - - - - - - - - -

18. Пусть: m=1мг = 10-6кг; Е0=105В/м;Q ~100q ; ω0 =10-1с; q =1.6*10-19Кл. Арез = 160 мкм очень большая величина! Метод позволяет определить десятые доли элементарного заряда, если бы он существовал. Дробных зарядов в свободном состоянии не существует! Эксперимент Это не значит, что в связанном состоянии внутри элементарных частиц кварки отсутствуют.

19. 5. Равенство зарядов Точность: Нейтральность отдельных атомов проверялась прямыми экспериментами – отклонение пучка нейтральных атомов в электростатических полях. Заряд электрона = заряду протона с точностью 3,510-19.

20. 2 шарика из Fe на L =1м, м=1г. Нарушение нейтральности 10-6, сила взаимодействия = 18*106Н 7. Инвариантностьзаряда υ электрона >> υ протона, также скорость электронов у разных атомов различна Если бы заряд зависел от скорости, нейтральность не соблюдалась бы. В атоме гелия υe= 0.02c? В тяжелых атомах – 0,5с, но q=const, т.е. инвариантен!

21. 6. Непрерывное распределение зарядов. Реально рассматриваем макроскопические явления. 1мкКл ~ 1013 электронов. С=10мкФ и U =100В на каждой обкладке ~7*1015 электрических .зарядов. Ток 1А = через поперечное сечение проводника проходит ~1018электронов за секунду.

22. Объёмная плотность ρ: (1) Поверхностная плотность σ: σ=dq∕dЅ σ=∆q∕∆Ѕ (2) q=∮sσdЅ Линейная плотность τ: τ=dq∕dl q=∫lτdl (3)

23. n0=∆n∕∆V Концентрация зарядов: Плотность тока -j где: υi- скорость заряда Если заряды однородны, то j = nqv=env j = ρυ j = ρυ (4) j = j+ + j- I = ∫s jdЅ (5) j = dI ∕ dЅ

24. 8.Интегральная формулировка закона сохранения заряда. jdЅ s v Скорость изменения заряда в объёме. Сила тока через поверхность, ограничивающую объём. Изменение заряда в некотором объёме может произойти только в результате втекания и вытекания заряда через замкнутую поверхность S ограничивающую объём (алгебраическая сумма электрически изолированного объема есть величина постоянная. Знак минус учитывает, что если + заряд внутри Vуменьшается, то плотность тока направлена из объёма.

25. jdЅ 9. Дифференциальная формулировка закона сохранения заряда. Итак интеграл по поверхности равен интегралу по объему в виде

26. Запишем данное выражение в виде (это связь интеграла по поверхности с интегралом по объему, который заключен данной поверхностью). (1) Здесь дивергенция равна

27. Сравнивая подинтегральные выражения в формуле (1), видим, что Это и есть закон сохранения заряда в дифференциальной форме

28. 10. Сохранение заряда в 4-х мерном пространстве Перепишем выражение для дивергенции и плотности тока в виде :

29. Легко видеть, что изменение плотности заряда во времени можно представить как 4-ую компоненту плотности тока: Окончательно:

30. Это и есть закон сохранения заряда в дифференциальной форме для 4-х мерного пространства Преобразование из К системы в систему К’ для одномерного тока jxи плотности зарядаρ в СТО имеет вид:

31. Знать: 1. Как понимать распределение зарядов в нейтроне и протоне. 2. Кварки и их свойства кварков. 3. Опыты Милликена и резонансный метод. 4. Как определяются линейная, объёмная, поверхностная плотности зарядов. 5.Интегральную формулировку З.С. заряда. 6. Понятие дивергенции. 4-х мерный вектор плотности тока. Вывод ЗС в дифференциальном виде

32. Закон Кулона