Физические основы термодинамики

Электростатика

Закон Кулона. Взаимодействие заряженных частиц

Основные формулы

· Закон Кулона

,

где F — сила взаимодействия двух точечных зарядов Q1, и Q2; r — расстояние между зарядами; e — диэлектрическая проницаемость среды; e0 — электрическая постоянная:

.

Закон сохранения заряда Расчет контактной разности потенциалов. Напомним, что электронно-дырочный переход – это контакт двух полупроводников с различным типом проводимости. Электропроводность полупроводников, обусловленная основными носителями зарядов, определяется следующими выражениями:

,

где  — алгебраическая сумма зарядов, входящих в изолированную систему; n — число зарядов.

Примеры решения задач

Пример 1. Три одинаковых положительных заряда Q1=Q2=Q3=1 нКл расположены по вершинам равностороннего треугольника (рис. 13.1). Какой отрицательный заряд Q4 нужно поместить в центре треугольника, чтобы сила притяжения с его стороны уравновесила силы взаимного отталкивания зарядов, находящихся в вершинах?

Решение. Все три заряда, расположенных по вершинам треугольника, находятся в одинаковых условиях. Поэтому для решения задачи достаточно выяснить, какой заряд следует поместить в центре треугольника, чтобы один из трех зарядов, например Q1,

находился в равновесии.

В соответствии с принципом суперпозиции на заряд действует каждый заряд независимо от остальных. Поэтому заряд Q1 будетнаходиться в равновесии, если векторная сумма действующих на него сил равна нулю:

F1+F3+F4=F+F4=0,  (1)

 где F2, F3, F4 — силы, с которыми соответственно действуют на заряд Q1 заряды Q2, Q3 и Q4; F — равнодействующая сил F2 и F3.

Так как силы F и F4 направлены по одной прямой, то векторное равенство (1) можно заменить скалярной суммой:

F—F4=0, или F4=F.

Выразив в последнем равенстве F через F2 и F3 и учитывая, что F3=F2, получим

.

Применяя закон Кулона и имея в виду, что Q2=Q3=Q1, найдем

,  (2)

откуда

.

Из геометрических построений в равностороннем треугольнике следует, что

.

С учетом этого формула (2) примет вид

.

Подставив сюда значение Q1, получим

Q4=0,58 нКл.

Отметим, что равновесие системы зарядов будет неустойчивым.

Энергия электрического поля. Энергия системы зарядов. Энергия заряженного проводника. Энергия заряженного конденсатора. Энергия электрического поля. Постоянный электрический ток. Электрический ток. Электродвижущая сила. Закон Ома. Сопротивление проводников. Закон Джоуля-Ленца. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа. Коэффициент полезного действия источника тока.
Техническое обслуживание и ремонт персонального компьютера Курс лекций по математике http://kursgm.ru/ Первое начало термодинамики