Элементарный электрический заряд. способ – электронная поляризация

Древние системы счисления отличаются большим разнообразием, поскольку привычный нам способ записи чисел с помощью десяти знаков появился далеко не сразу.
Прежде всего надо отметить, что существовали две основные системы счисления - пятеричная и привычная нам десятеричная. Кроме них, существовала так же 12-ричная, которая в Англии вплоть до 19 века вообще главенствовала. Из Древнего Вавилона пришла к нам и 60-ричная система счисления, которая применяется до сих пор при измерении угловых величин - круг, состоящий из 360 градусов делится без остатка на многие удобные цифры. Стоит отметить, что в древние системы счисления ряда народов прослеживаются остатки более древней пятеричной системы - у древних римлян и майя например.

Разнообразие в на самом деле небольшое - в основном десятичная или пятерично-десятичная. Но, вот когда дело доходило до записи на бумаге или камне, то тут, как говорится, каждый был сам себе голова. Академий наук тогда не было, министерств тоже, о стандартах школьного образования тем более никто не слыхивал, китайцы знали о достижениях греков мягко говоря маловато, и наоборот. Поэтому, каждый изобретал свой способ записи.

Пожалуй самым древним обозначением числа можно считать вертикальную палочку. Почти у всех древних народов она естественным образом изображала единицу. Дальше шли соответственно две, три, реже четыре палочки. Дальше в основном вводили новые знаки по достижении какого-то числа, при котором записывать большое числа палочек было просто неудобно.

Инки в Южной Америке придумали вообще уникальную сисему счисления - типу - числа обозначались узелками на шнурках! Различалась форма узелков, цвет шнурков, их расположение на шнурке. Система была довольно сложной, требовала специального обучения, но она вполне удовлетворяла инков, позволяя вести даже двойной счёт в бухгалтерии!

В Древнем Египте бытовала десятичная система счисления и существовало несколько систем обозначения чисел. Иероглифическая форма записи, когда для всех степеней десяти, включая единицу, был свой знак. Подобно другим системама счисления, любое число можно было обозначить сложением числовых значений этих знаков. Это "парадная", довольно громоздкая форма записи, поэтому существовала жреческая (иератическая) система счисления, в которой для единиц, десятков и т.д. были отдельные знаки. Складывать в такой записи тоже приходилось, но надпись была заметно короче. Позднее возникло ещё более простое демотическое письмо. Пока египетские системы счисления в моём не сделаны, по причине затруднений с кодировками и шрифтами для древнеегипетских надписей.

Настоящей переворотом стало открытие полноценного понятия нуля индийскими математиками. Благодаря этому появилась привычная нам десятичная ПОЗИЦИОННАЯ система счисления, рассказывать о которой нет особого смысла. Во многих странах существуют свои обозначения для чисел, но на поверку - все они отличаются друг от друга только внешним видом знаков(цифр) и не более того.

Я постарался не только собрать все эти системы счисления Древнего Мира и разных народов воедино, но и сделать удобным для использования. В итоге получилась программа "Титло" - переводчик чисел .

Ещё по этой теме:

Цель моего исследования: Поиск математической и исторической литературы для рассмотрения всевозможных систем счисления. Задачи: 1) Изучение учебной, справочной, методической, научно-популярной и занимательной литературы. 2) Сравнение древних систем счисления. 3) Ознакомление с применением древних систем счисления в современности.

Как человек научился считать. У первобытного человека не было потребности в счёте больших количеств. Поэтому счет доходил до 2 или до 3 - всё превышающее этот рубеж, первобытному человеку представлялось как много. Числительное два имело качественное происхождение - пара рук, ног, глаз и пр. Затем процессе развития обмена - появились естественные эталоны счёта: пять,- в пальцев руки, камешки, ракушки и пр.

Как человек научился считать. Так, обозначения чисел у жителей одного из Малазийских островов выглядят следующим образом: 1 - маленький палец правой руки, 2 - безымянный палец, 3 - средний палец, 4 - указательный палец, 5 - большой палец, 6 - кисть, 7 - локоть, 8 - плечо, 9 - ухо, 10 - правый глаз, 11 - левый глаз, 12 - нос, 13 - рот, 14 - левое ухо и т. д.

Как человек научился считать. Уже при более высокой стадии развития люди при счете стали применять различные предметы. Так, одни пользовались для запоминания числа камешками, зернами, веревкой с узелками, другие палочками с зарубками (бирками), связкой прутьев, кучей раковин, камней и пр… Это были первые счетные приборы, которые, в конце концов, привели к образованию различных систем счисления и к созданию современных быстродействующих электронных счетных машин.

Двадцатеричная система древних майя. Сначала майя использовали для обозначения чисел иероглифические символы:

Двадцатеричная система древних майя. Затем они стали записывать свои цифровые знаки в виде точек и тире, причем, точка всегда означала единицы данного порядка, а тире пятерки

Древнеегипетская десятичная система. Древнеегипетская десятичная система. В древнеегипетской системе счисления, которая возникла во второй половине третьего тысячелетия до н.э., использовались специальные цифры для обозначения чисел. Числа в египетской системе счисления записывались как комбинации этих цифр, в которых каждая из них повторялась не более девяти раз. Число 345 в Египте записывали так:

Вавилонская шестидесятеричная система. Также далеко от наших дней, за две тысячи лет до н.э., в другой великой цивилизации вавилонской люди записывали цифры по-другому. Числа в этой системе счисления составлялись из знаков двух видов: прямой клин служил для обозначения единиц, а лежачий клин для обозначения десятков. Число 32, например, записывали так:. Знаки и служили цифрами в этой системе. Число 60 снова обозначалось тем же знаком, что и 1. Поэтому вавилонская система счисления получила название шестидесятеричной.

Вавилонская шестидесятеричная система Для определения значения числа надо было изображение числа разбить на разряды справа налево. Новый разряд начинался с появления прямого клина после лежачего, если рассматривать число справа налево. 2-й разряд 1-й разряд

Так как система была шестидесятеричной, то число 92, например, раскладывали на и записывали так: Впоследствии вавилоняне ввели специальный символ для обозначения пропущенного шестидесятеричного разряда, что соответствует появлению цифры 0 в записи десятичного числа. Вавилонская шестидесятеричная система

Римская система счисления. Римская система счисления. Древние римляне пользовались нумерацией, сохраняющейся до настоящего времени под именем "римской нумерации", в которой числа изображаются буквами латинского алфавита. При этом буква I всегда означает единицу, буква - V пять, X - десять, L - пятьдесят, C - сто, D - пятьсот, M - тысячу и т.д. О происхождении римских цифр достоверных сведений нет. Цифра V могла первоначально служить изображением кисти руки, а цифра Х могла составиться из двух пятерок. В римской нумерации явственно сказываются следы пятеричной системы счисления. Все целые числа (до 5000) записываются с помощью повторения вышеприведенных цифр. При этом, если большая цифра стоит перед меньшей, то они складываются (Например, VI = 6, т.е; LX = 60, т.е), если же меньшая стоит перед бóльшей (в этом случае она не может повторяться), то меньшая вычитается из бóльшей: IV = 4, т.е. 5 1; XL = 40, т е). Подряд одна и та же цифра ставится не более трех раз: LXX = 70; LXXX = 80; число 90 записывается ХС (а не LXXXX).

Римская система счисления. Римская система счисления. 1 - I 2 - II 3 - III 4 - IV 5 - V 6 - VI 7 - VII 8 - VIII 9 - IX 10 – X 11 - XI 13 - XIII 18 - XVIII 19 - XIX 22 - XXII 34 - XXXIV 39 - XXXIX 40 - XL 60 - LX 99- XCIX CC CDXXXVIII DCXLIX CMXCIX MCCVII MMXLV MMMDLV MMMDCLXXVIII MMMCM MMMCMXCIX По причине неудобства и большой сложности в настоящее время римская система счисления встречается очень редко.

Алфавитные системы счисления. Алфавитные системы счисления представляют особую группу. В них для записи чисел использовался буквенный алфавит. Примером алфавитной системы счисления является славянская. У одних славянских народов числовые значения букв устанавливались в порядке следования букв славянского алфавита, у других, в частности у русских, роль цифр играли не все буквы, а только те, которые имеются в греческом алфавите. В славянской системе нумерации для записи чисел использовались все буквы алфавита, правда, с некоторым нарушением алфавитного порядка. Различные буквы означали различное количество единиц, десятков и сотен. Например, число 231 записывалось в виде ~ СЛА (C 200, Л 30, А 1). Над буквой, обозначающей цифру, ставился специальный знак -- "титло" (отсюда - число).

Десятичная система счисления. Десятичная система счисления. Самая известной и используемой в настоящее время системой счисления – является десятичная система. Изобретение десятичной системы счисления относится к главным достижениям человеческой мысли. Без нее вряд ли могла существовать, а тем более возникнуть современная техника. Причина, по которой десятичная система счисления стала общепринятой, вовсе не математическая. Люди привыкли считать в десятичной системе счисления, потому что у них по 10 пальцев на руках.

Десятичная система счисления. В древности цифры этой системы изображались с углами. Это было не случайно: каждая цифра обозначает число по количеству углов в ней. Например, 0 - углов нет, 1 - один угол, 2 - два угла и т.д. В дальнейшем написание десятичных цифр претерпело существенные изменения. Форма цифр, которой мы пользуемся сейчас, установилась только в XVI веке.

Двоичная система счисления. Двоичная система счисления. Наименьшее из чисел, которое можно взять за основание системы счисления, это число два. Соответствующая этому основанию система, называемая двоичной, одна из очень старых. Удобство этой системы в ее необычайной простоте. В двоичной системе участвуют только две цифры 0 и 1, а число 2 представляет собой уже единицу следующего разряда. 2 Весьма просто выглядят и правила действия над числами, записанными в двоичной системе. Основные правила сложения даются равенствами: 0+0=0,0+1=1,1+1=(10)2.

Древние системы счета. Система вавилонян сыграла большую роль в развитии математики и астрономии, и мы до сих пор делим час на 60 минут, а минуты на 60 секунд, а окружность делим на 360 частей (градусов), а 1 градус на 60 минут. Существует и шестидесятилетний цикл в названиях года по календарю ариев. В целом шестидесятеричная система счисления громоздка и неудобна. Римская система счисления, также по причине неудобства и большой сложности в настоящее время используется там, где это действительно удобно: в литературе (нумерация глав), в оформлении документов (серия паспорта, ценных бумаг и др.), в декоративных целях на циферблате часов и в ряде других случаев.

Древние системы счета. Элементы двенадцатеричной системы счисления сохранились в Англии в системе мер (1 фут = 12 дюймам) и в денежной системе (1 шиллинг = 12 пенсам). Нередко и мы сталкиваемся с ней и в быту: чайные и столовые сервизы на 12 персон, комплект носовых платков 12 штук. Время считается тоже в этой системе 12 месяцев, 24 часа в сутках,12-летний цикл в названиях года по китайскому календарю. Славянская система счисления сохранилась в богослужебных книгах. Всем этим системам свойственны два Всем этим системам свойственны два недостатка, которые привели к их вытеснению недостатка, которые привели к их вытеснению другими: необходимость большого числа различных знаков, особенно для изображения больших чисел, и, что еще важнее неудобство выполнения арифметических операций. выполнения арифметических операций.

Древние системы счета. Сейчас наиболее распространена десятичная система счисления. В соответствии с этой системой ради справедливости ее следовало бы называть индийской мы расставляем цифровые знаки горизонтально-строчечным способом, применяя «позиционный принцип» одно из замечательных достижений человеческого разума. Это значит, что цифры стоят друг за другом в строгом порядке, справа налево от первой позиции или первого порядка к последующим, а именно: единицы, десятки, сотни, тысячи и т. д.

Древние системы счета. Самой старой системой счисления по праву можно считать двоичную систему счисления. Но эта система обладает рядом качеств, делающей ее очень выгодной и необходимой в использовании в телеграфах, а также в вычислительных машинах и в современных компьютерах.

Изучение древних систем счисления и решение задачи с их применением.

Исследовательская работа:

«Системы счисления древнего мира»

«Математика – царица наук» - гласит известная поговорка. Главной её частью естественно являются цифры. Сейчас в мире используется более или менее общая, хорошо сформированная система. Но что было 3, 4, 5 тыс. лет назад?

И поэтому нашей главной целью является дать ответы на следующие вопросы:

• Какие государства имели более развитые системы счисления?
• Какие системы они использовали?
• Как развивались системы счисления?

Задачи: изучение материалов про системы счисления древности, решение современной задачи с использованием всех исследуемых систем.

Предмет исследования системы счисления древности.

Перед началом поиска информации мы определили следующие государства для изучения:

ØДревний Египет

ØВавилон

ØДревняя Греция

1.Древний Египет

Расшифровка системы счисления, созданной в Египте во времена первой династии (ок. 2850 до н.э.), была существенно облегчена тем, что иероглифические надписи древних египтян были аккуратно вырезаны на каменных монументах. Из этих надписей нам известно, что древние египтяне использовали только десятичную систему счисления. Единицу обозначали одной вертикальной чертой, а для обозначения чисел, меньших 10, нужно было поставить соответствующее число вертикальных штрихов. Для обозначения числа 10, основания системы, египтяне вместо десяти вертикальных черт ввели новый коллективный символ, напоминающий по своим очертаниям подкову или крокетную дужку. Множество из десяти подковообразных символов, т.е. Число 100, они заменили другим новым символом, напоминающим силки; десять силков, т.е. Число 1000, египтяне обозначили стилизованным изображением лотоса. Продолжая в том же духе, египтяне обозначили десять лотосов согнутым пальцем, десять согнутых пальцев – волнистой линией и десять волнистых линий – фигуркой удивленного человека. В итоге древние египтяне могли представлять числа до миллиона. Самые древние из дошедших до нас математических записей высечены на камне, но наиболее важные свидетельства древнеегипетской математической деятельности запечатлены на гораздо более хрупком и недолговечном материале – папирусе. Два таких документа – папирус Ринда, или египетского писца Ахмеса (ок. 1650 до н.э.) И московский папирус, или папирус Голенищева (ок. 1850 до н.э.) – служат для нас основными источниками сведений о древнеегипетских арифметике и геометрии. В этих папирусах более древнее иероглифическое письмо уступило место скорописному иератическому письму, и это изменение сопровождалось использованием нового принципа обозначения чисел. Иероглифическая запись чисел использовалась преимущественно в официальных документах и текстах. Еще позднее иератическая система обозначения чисел уступила место демотическим системам записи. Введение египтянами цифровых обозначений ознаменовало один из важных этапов в развитии систем счисления, так как дало возможность существенно сократить записи. Однако их операции с дробями продолжали оставаться на примитивном уровне, так как они знали лишь аликвотные дроби (т.е. Дроби с числителем 1) и каждую дробь записывали в виде суммы аликвотных дробей, например, дробь 2/43 они записали бы так: 1/42 + 1/86 + 1/129 + 1/301. В этих системах счисления над символом, обозначающим знаменатель, ставился специальный знак. В искусстве оперирования дробями египтяне значительно уступали жителям Месопотамии

2.Вавилон

Письменность шумеров является, по-видимому, столь же древней, как и письменность египтян. Развитие способов представления чисел в Месопотамской долине вначале шло так же, как и в долине Нила, но затем жители Междуречья ввели совершенно новый принцип. Вавилоняне делали записи острой палочкой на мягких глиняных табличках, которые затем обжигались на солнце или в печи. Эти записи оказались исключительно долговечными, а потому, в отличие от египетских папирусов, дошедших до нас в весьма малом числе экземпляров, в музеях мира хранятся десятки тысяч клинописных табличек. Однако жесткость материала, на котором жители Месопотамии делали записи, оказала глубокое влияние на развитие числовых обозначений. Через некоторое время после того, как Аккад завоевал шумеров, система счисления в Месопотамии стала шестидесятеричной, хотя сохранилось также и основание 10. Казавшееся правдоподобным предположение относительно того, почему выбор пал на число 60 как на основу вавилонской системы счисления, и утверждавшие, будто это связано с тем, что продолжительность земного года считалась равной 360 дням, не получило подтверждения. Ныне принято считать, что шестидесятеричная система была выбрана из метрологических соображений: число 60 имеет много делителей.

3.Древняя Греция

В Древней Греции имели хождение две основных системы счисления – аттическая (или геродианова) и ионическая (она же александрийская или алфавитная). Аттическая система счисления использовалась греками, по-видимому, уже к 5 в. до н.э. По существу это была десятичная система (хотя в ней также было выделено и число пять), а аттические обозначения чисел использовали повторы коллективных символов. Черта, обозначавшая единицу, повторенная нужное число раз, означала числа до четырех. После четырех черт греки вместо пяти черт ввели новый символГ , первую букву слова «пента» (пять) (буква Г употреблялась для обозначения звука «п», а не «г»). Дойдя до десяти, они ввели еще один новый символD , первую букву слова «дека» (десять). Так как система была десятичной, грекам потребовались новые символы для каждой новой степени числа 10: символH означал 100 (гекатон),X – 1000 (хилиои), символM – 10000 (мириои или мириада).

Ионическая система первоначально не сильно потеснила уже установившуюся аттическую или акрофоническую (по начальным буквам слов, означавших числительные) системы исчисления. По-видимому, официально она была принята в Александрии во времена правления Птолемея Филадельфийского и в последующие годы распространилась оттуда по всему греческому миру, включая Аттику. Переход к ионической системе счисления произошел в золотой век древнегреческой математики и, в частности, при жизни двух величайших математиков античности. Есть нечто большее, чем просто совпадение, в том, что именно тогда Архимед и Аполлоний работали над усовершенствованием системы обозначения больших чисел. Архимед, придумавший схему октад (эквивалентную современному использованию показателей степени числа 10) гордо заявлял в своем сочинении «Псаммит» («Исчисление песчинок»), что может численно выразить количество песчинок, необходимых для того, чтобы заполнить всю известную тогда Вселенную. Изобретенная им система обозначения чисел включала число, которое ныне можно было бы записать в виде единицы, за которой следовало бы восемьдесят тысяч миллионов цифр.

Римские обозначения чисел известны ныне лучше, чем любая другая древняя система счисления. Объясняется это не столько какими-то особыми достоинствами римской системы, сколько тем огромным влиянием, которым пользовалась римская империя в сравнительно недавнем прошлом. Этруски, завоевавшие Римскую империю в 7 в. до н.э., испытали на себе влияние восточно-средиземноморских культур. Этим отчасти объясняется сходство основных принципов Римской и аттической систем счисления. Обе системы были десятичными, хотя в обеих системах счисления особую роль играло число пять. Обе системы использовали при записи чисел повторяющиеся символы. Старыми римскими символами для обозначения чисел 1, 5, 10, 100 и 1000 были, соответственно, символыI ,V ,X ,Q (илиЕ , илиД ) иf . Хотя о первоначальном значении этих символов было написано много, их удовлетворительного объяснения у нас нет до сих пор. Дробей римляне избегали так же упорно, как и больших чисел.

Одна из древнейших систем счисления была создана в Китае, а также в Японии. Эта система возникла как результат оперирования с палочками, выкладываемыми для счета на стол или доску. Числа от единицы до пяти обозначались, соответственно, одной, двумя и т.д. палочками, выкладываемыми вертикально, а одна, две, три или четыре вертикальные палочки, над которыми помещалась одна поперечная палочка, означали числа шесть, семь, восемь и девять. Первые пять кратных числа 10 обозначались одной, двумя, пятью горизонтальными палочками, а одна, две, три и четыре горизонтальные палочки, к которым сверху приставлялась вертикальная палочка, означали числа 60, 70, 80 и 90.

Во второй китайской системе счисления для обозначения первых девяти целых чисел или символов используют девять различных знаков и одиннадцать дополнительных символов для обозначения первых одиннадцати степеней числа 10. В сочетании с умножением и вычитанием это позволяло записывать любое число меньше триллиона. Если один из символов, обозначающих первые девять целых чисел, стоит перед (при чтении слева направо) символом, означающим степень числа 10, то первое нужно умножить на второе, если же символ одного из девяти первых целых чисел стоит на последнем месте, то это число надлежит прибавить к обозначенному предыдущими символами.

Письменных памятников древнеиндийской цивилизации сохранилось очень немного, но, судя по всему, индийские системы счисления проходили в своем развитии те же этапы, что и во всех прочих цивилизациях. На древних надписях из Мохенджо-Даро вертикальная черточка в записи чисел повторяется до тринадцати раз, а группировка символов напоминает ту, которая знакома нам по египетским иероглифическим надписям. В течение некоторого времени имела хождение система счисления, очень напоминающая аттическую, в которой для обозначения чисел 4, 10, 20 и 100 использовались повторения коллективных символов. Эта система, которая называется кхарошти, постепенно уступила место другой, известной под названием брахми, где буквами алфавита обозначались единицы (начиная с четырех), десятки, сотни и тысячи. Переход от кхарошти к брахми происходил в те годы, когда в Греции, вскоре после вторжения в Индию Александра Македонского, ионическая система счислениявытесни

е - =1,6·10 - 19 Кл (1.9)

Во многие формулы электричества входит пространственный множитель 4p. Чтобы избавиться от него в практически важных формулах, закона Кулона записывается в следующей форме:

Таким образом (1.11)

Откуда (1.12)

e 0 - называется электрической постоянной .

§6: Теория близкодействия. Электрическое поле.

Опыт показывает, что между электрически заряженными и намагниченными телами, а так же телами, по которым текут электрические токи действуют силы, называемые электромагнитными или электродинамическими. Относительно природы этих сил в науке выдвигались две противоположные точки зрения. Более ранняя из них (называемая теорией дальнодействия) исходила из представления о непосредственном действии тел на расстоянии без участия каких бы то ни было промежуточных материальных посредников. При этом бездоказательно предполагалось, что такое действие происходит мгновенно, т.е. с бесконечно большой скоростью (v®¥)!? Более новая точка зрения, принятая в настоящее время в физике, исходит из представления о том, что взаимодействия передаются с помощью особого материальным посредника, называемого электромагнитным полем (это - так называемая теория близкодействия). Согласно этой теории максимальная скорость распространения взаимодействий равна скорости света в вакууме: v=c (с-скорость света в вакууме). Теория дальнодействия черпала свои идеи из учения Ньютона о всемирном тяготении. Огромные успехи небесной механики с одной стороны и полная неудача хоть как ни будь объяснить причины тяготения с другой стороны, привели многих ученых к представлению, что тяготение и электромагнитные силы не нуждаются в объяснении, а являются “врожденными” свойствами самой материи. В математическом отношении теория дальнодействия достигла высокой степени совершеннства благодаря работам Лапласа, Гауса, Остроградского, Ампера, Пуассо. Ее придерживалось большинство физиков до конца XIX в. Майкл Фарадей был почти единственным, кто придерживался другой точки зрения. Он является основоположником физической теории электромагнитного поля. Согласно теории Фарадея действия одного тела на другое может осуществляться либо непосредственно при соприкосновении, либо передаваться через промежуточную среду. Таким образом центр внимания с изучения зарядов и токов, являющиеся основными объектами теории дальнодействия, Фарадей перенес на изучение окружающего пространства. Это пространство с действующими в нем силами называется электромагнитным полем.

Электрическое взаимодействие осуществляется по схеме:

заряд ® поле ® заряд ,

т.е. каждый заряд создает вокруг себя электрическое поле, которое действует с силой на все остальные заряженные частицы, находящиеся в этом поле. Максвелл показал, что электромагнитные взаимодействия должны распространиться со скоростью света в вакууме с»3·10 8 м/c. Это главный аргумент в пользу теории близкодействия. О природе электрического поля можно сказать, что оно материально, т.е. существует и обладает свойствами присущими только ему. Среди важнейших свойств электромагнитного поля можно отметить следующие:

1. Электрическое поле пораждается электрическими зарядами и заполняет все пространство.

2. Электрическое поле действует на заряды с некоторой силой.

Принцип суперпозиций полей. Плотность заряда.

Пусть поле создается зарядом q 1 . Если для данной точки поля, которая определяется радиус-вектором r 12 , согласно закону Кулона взять отношение

то видно, что это отношение уже не зависит от пробного заряда q 2 и таким образом выражение, стоящее в правой части (1.13) может служить характеристикой поля, создаваемого зарядом q 1 . Эта величина называется напряженностью электрического поля E!

Величина напряженности эл. поля на расстоянии r от заряда q равна

Напряженность – величина векторная. В векторном виде она имее вид:

C учетом (1.15) закон Кулона (1.4) можно записать в виде:

Из (1.17) видно, что напряженность электрического поля равна силе, действующей на единичный положительный заряд .

Размерность напряженности [E]=H/Kл

Принцип суперпозиции

Опыт показывает, что для электрического поля справедлив принцип суперпозиции полей:

Если - напряженности полей, создаваемых отдельными зарядами в какой-либо точке пространства, то напряженность в этой же точке равна сумме напряженностей.

где r i - радиус-вектор, направленный от заряда q i в точку наблюдения.

Этот принцип справедлив вплоть до размеров ядер r~10 - 15 м.

Обращаем внимание на то, что в (1.18) напряженности складываются векторно ! По формулам (1.15) и (1.18) можно вычислить напряженность электрического поля, создаваемого не только точечными зарядами, но и заряженными телами любой формы.

Плотность заряда.

Если заряженное тело велико и его нельзя рассматривать как точечный заряд, то для вычисления напряженности эл. поля такого тела необходимо знать распределение зарядов внутри этого тела. Это распределение характеризуется функцией, которая называется объемной плотностью электрических зарядов. По определению, объемной плотностью зарядов наз.

Распределение зарядов считается известным, если известна функция r= r(x,y,z).

Если заряды расположены на поверхности, то вводится поверхностная плотность зарядов

Распределение зарядов по поверхности считается известным, если известна функция s= s(x,y,z).

Если заряды распределены вдоль линии, то вводится линейная плотность зарядов , которая по определению есть:

Распределение зарядов считается известным, если известна функция t =t(x,y,z).

§8: Силовые линии электрического поля. Напряженность поля точечного заряда.

Электрическое поле считается известным, если известен вектор напряженности в каждой точке пространства. Задать или представить поле на бумаге можно либо аналитически, либо графически при помощи силовой линии.

Электрический заряд – физическая величина, характеризующая способность тел вступать в электромагнитные взаимодействия. Измеряется в Кулонах.

Элементарный электрический заряд – минимальный заряд, который имеют элементарные частицы (заряд протона и электрона).

Тело имеет заряд , значит имеет лишние или недостающий электроны. Такой заряд обозначаетсяq =ne . (он равен числу элементарных зарядов).

Наэлектризовать тело – создать избыток и недостаток электронов. Способы:электризация трением иэлектризация соприкосновением .

Точечный заря д – заряд тела, которое можно принять за материальную точку.

Пробный заряд () – точечный, малый по величине заряд, обязательно положительный – используется для исследования электрического поля.

Закон сохранения заряда :в изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел сохраняется постоянной при любых взаимодействиях этих тел между собой .

Закон Кулона :силы взаимодействия двух точечных зарядов пропорциональны произведению этих зарядов, обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними, зависят от свойств среды и направлены вдоль прямой, соединяющей их центры .

ГдеФ/м, Кл 2 /нм 2 – диэлектр. пост. вакуума

Относит. диэлектрическая проницаемость (>1)

Абсолютная диэлектрическая прониц. среды

Электрическое поле – материальная среда, через которую происходит взаимодействие электрических зарядов.

Свойства электрического поля:

Характеристики электрического поля:

Напряжённость (E ) – векторная величина, равная силе, действующей на единичный пробный заряд, помещённый в данную точку.

Измеряется в Н/Кл.

Направление – такое же, как и у действующей силы.

Напряжённость не зависит ни от силы, ни от величины пробного заряда.

Суперпозиция электрических полей : напряжённость поля, созданного несколькими зарядами, равна векторной сумме напряжённостей полей каждого заряда:

Графически электронное поле изображают с помощью линий напряжённости.

Линия напряжённости – линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением вектора напряжённости.

Свойства линий напряжённости : они не пересекаются, через каждую точку можно провести лишь одну линию; они не замкнуты, выходят из положительного заряда и входят в отрицательный, либо рассеиваются в бесконечность.

Виды полей:

Однородное электрическое поле – поле, вектор напряжённости которого в каждой точке одинаков по модулю и направлению.

Неоднородное электрическое поле – поле, вектор напряжённости которого в каждой точке неодинаков по модулю и направлению.

Постоянное электрическое поле – вектор напряжённости не изменяется.

Непостоянное электрическое поле – вектор напряжённости изменяется.

Работа электрического поля по перемещению заряда .

ГдеF– сила,S– перемещение,- угол междуFиS.

Для однородного поля: сила постоянна.

Работа не зависит от формы траектории; работа по перемещению по замкнутой траектории равна нулю.

Для неоднородного поля:

Потенциал электрического поля – отношение работы, которое совершает поле, перемещая пробный электрический заряд в бесконечность, к величине этого заряда.

-потенциал – энергетическая характеристика поля. Измеряется в Вольтах

Разность потенциалов :

-градиент потенциала.

Для однородного поля: разность потенциалов – напряжение :

Измеряется в Вольтах, приборы – вольтметры.

Электроёмкость – способность тел накапливать электрический заряд; отношение заряда к потенциалу, которое для данного проводника всегда постоянно.

Не зависит от заряда и не зависит от потенциала. Но зависит от размеров и формы проводника; от диэлектрических свойств среды.

Гдеr– размер,- проницаемость среды вокруг тела.

Электроёмкость увеличивается, если рядом находятся любые тела – проводники или диэлектрики.

Конденсатор – устройство для накопления заряда. Электроёмкость:

Плоский конденсатор – две металлические пластины, между которыми находится диэлектрик. Электроёмкость плоского конденсатора:

ГдеS– площадь пластин,d– расстояние между пластинами.

Энергия заряженного конденсатора равна работе, которую совершает электрическое поле при переносе заряда с одной пластины на другую.

Перенос малого заряда , напряжение измениться на, совершится работа. Так как, а С =const,. Тогда. Интегрируем:

Энергия электрического поля :, гдеV=Sl– объём, занимаемый электрическим полем

Для неоднородного поля :.

Объёмная плотность электрического поля :. Измеряется в Дж/м 3 .

Электрический диполь – система, состоящая из двух равных, но противоположных по знаку точечных электрических зарядов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга (плечо диполя -l).

Основная характеристика диполя – дипольный момент – вектор, равный произведению заряда на плечо диполя, направленный от отрицательного заряда к положительному. Обозначается. Измеряется в Кулон-метрах.

Диполь в однородном электрическом поле.

На каждый из зарядов диполя действуют силы: и. Эти силы противоположно направлены и создают момент пары сил – вращающий момент:, где

М – вращающий момент F– силы, действующие на диполь

d– плечо силl– плечо диполя

p– дипольный моментE– напряжённость

Угол междуpи Еq– заряд

Под действием вращающего момента, диполь повернётся и установится по направлению линий напряжённости. Векторы pи Е будут параллельны и однонаправлены.

Диполь в неоднородном электрическом поле.

Вращающий момент есть, значит диполь повернётся. Но силы будут неравны, и диполь будет двигаться туда, где сила больше.

-градиент напряжённости . Чем выше градиент напряжённости, тем выше боковая сила, которая стаскивает диполь. Диполь ориентируется вдоль силовых линий.

Собственное поле диполя .

Но . Тогда:

Пусть диполь находится в точке О, а его плечо мало. Тогда:

Формула получена с учётом:

Таким образом разность потенциалов зависит от синуса половинного угла, под которым видны точки диполя, и проекции дипольного момента на прямую, соединяющие эти точки.

Диэлектрики в электрическом поле.

Диэлектрик – вещество, не имеющее свободных зарядов, а значит и не проводящее электрический ток. Однако на самом же деле проводимость существует, но она ничтожно мала.

Классы диэлектриков:

с полярными молекулами (вода, нитробензол): молекулы не симметричны, центры масс положительных и отрицательных зарядов не совпадают, а значит, они обладают дипольным моментом даже в случае, когда электрического поля нет.

с неполярными молекулами (водород, кислород): молекулы симметричны, центры масс положительных и отрицательных зарядов совпадают, а значит, они не имеют дипольного момента при отсутствии электрического поля.

кристаллические (хлорид натрия): совокупность двух подрешёток, одна из которых заряжен положительно, а другая – отрицательно; в отсутствии электрического поля суммарный дипольный момент равен нулю.

Поляризация – процесс пространственного разделения зарядов, появления связанных зарядов на поверхности диэлектрика, что приводит к ослаблению поля внутри диэлектрика.

Способы поляризации:

1 способ – электрохимическая поляризация :

На электродах – движение к ним катионов и анионов, нейтрализация веществ; образуются области положительных и отрицательных зарядов. Ток постепенно уменьшается. Скорость установления механизма нейтрализации характеризуется временем релаксации – это время, в течение которого ЭДС поляризации увеличится от 0 до максимума от момента наложения поля. = 10 -3 -10 -2 с.

2 способ – ориентационная поляризация:

На поверхности диэлектрика образуются некомпенсированные полярные, т.е. происходит явление поляризации. Напряжённость внутри диэлектрика меньше внешней напряжённости. Время релаксации: = 10 -13 -10 -7 с. Частота 10 МГц.

3 способ – электронная поляризация:

Характерна для неполярных молекул, которые становятся диполями. Время релаксации: = 10 -16 -10 -14 с. Частота 10 8 МГц.

4 способ – ионная поляризация:

Две решётки (NaиCl) смещаются относительно друг друга.

5 способ – микроструктурная поляризация:

Характерен для биологических структур, когда чередуются заряженные и незаряженные слои. Происходит перераспределение ионов на полупроницаемых или непроницаемых для ионов перегородках.

Время релаксации: =10 -8 -10 -3 с. Частота 1 КГц

Числовые характеристики степени поляризации:

Электрический ток – это упорядоченное движение свободных зарядов в веществе или в вакууме.

Условия существования электрического тока :

наличие свободных зарядов

наличие электрического поля, т.е. сил, действующих на эти заряды

Сила тока – величина, равная заряду, который проходит через любое поперечное сечение проводника за единицу времени (1 секунду)

Измеряется в Амперах.

n– концентрация зарядов

q– величина заряда

S– площадь поперечного сечения проводника

Скорость направленного движения частиц.

Скорость движения заряженных частиц в электрическом поле небольшая – 7*10 -5 м/с, скорость распространения электрического поля 3*10 8 м/с.

Плотность тока – величина заряда, проходящего за 1 секунду через сечение в 1 м 2 .

Измеряется в А/м 2 .

Сила, действующая на ион со стороны эл поля равна силе трения

Подвижность ионов

Скорость направленного движения ионов =подвижность, напряжённость поля

Удельная проводимость электролита тем больше, чем больше концентрация ионов, их заряд и подвижность. При повышении температуры возрастает подвижность ионов и увеличивается электропроводность.