Сила взаимодействия двух точечных электрических зарядов прямо пропорциональна модулям этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Где и – модули точечных зарядов, - относительная диэлектрическая проницаемость среды (диэлектрика); для вакуума = 1, для других сред берут из таблицы.
и константа в СИ
С существованием электрических зарядов неразрывно связано существование электрического поля, благодаря которому заряды взаимодействуют на расстоянии.
Электрическое поле зарядов имеет две характеристики: напряженность и потенциал .
Напряженность есть силовая характеристика электрического поля в данной точке пространства. Она равна отношению силы, с которой электрическое поле действует на заряд, помещенный в данную точку к величине этого заряда:
не зависитот силы и заряда . Напряженность Е зависит от того заряда, который создает электрическое поле, а также от расстояния r, до рассматриваемой точки. Напряженность Еполя точечного заряда qна расстоянии rот него для вакуума
,
а для диэлектрика
Следовательно, в диэлектрике она меньше, чем в вакууме в раз.
Если во всех точках электрического поля = , то поле называют однородным.
Графически электростатическое поле изображают силовыми линиями или линиями напряженности, которые выходят из положительных зарядов, а входят в отрицательные или заканчиваются в бесконечности. Линии напряженности однородного поля параллельны друг другу и идут с одинаковой густотой.
Потенциал - является энергетическойхарактеристикой поля в данной точке. Он равен отношению потенциальной энергии электрического поля в данной точке к величине заряда, находящегося там.
Потенциал поля, образованного точечным зарядом q , в точке, находящейся на расстоянии r от него, зависит от величины этого заряда, расстояния и среды.
Потенциал есть скалярная величина. Потенциалы отрицательных зарядов – отрицательны, положительных зарядов – положительны.
Практическое значение имеет разность потенциалов между двумя точками поля . Она равна отношению работы поля по перемещению заряда между этими точками к величине перемещаемого заряда, т.е.
Разность потенциалов еще обозначают буквой U.
Работа по перемещению заряда в электрическом поле
или
Связь между напряженностью Еоднородного поля и разностью потенциалов двух его точек U
Здесь d- расстояние между точками.
В СИ единица разности потенциалов 1Вольт.
Единица напряженности .
Если заряд q равномерно распределен по поверхности S,
то вводят понятие поверхностной плотности заряда σ
В электростатике важной физической величиной является электроемкость.
Электроемкость уединенного тела С равна отношению заряда q, находящегося на нем, к разности потенциалов между телом и удаленными телами
В СИ единица электроемкости 1Фарад.
Электроемкость- это свойство тела удерживать заряд.
Электроемкость Сне зависит от заряда qи разности потенциалов U, поскольку q иU зависят друг от друга. Электроемкость С зависитот формы, размеров тела и диэлектрических свойств среды.
Система двух тел (заряженных или незаряженных) образует конденсатор. Простейший конденсатор - плоский, состоящий из двух параллельных металлических пластин, разделенных слоем диэлектрика. Формула электроемкости плоского конденсатора
, где
S- площадь одной пластины, d-расстояние между пластинами.
Конденсаторы соединяют между собой. Соединения их бывают трех типов: последовательное,параллельное,смешанное.
Формулы общей электроемкости:
… для последовательного соединения.
С = С1+ С2+ С3 + …для параллельного.
Смешанное соединение есть комбинация выше указанных.
Энергия электрического поля конденсатора
Электростатическое поле – потенциально. Работа по перемещению заряда в нем не зависит от формы пути движения заряда, а зависит от положения начальной и конечной точек его перемещения.
По электрическим свойствам все тела делятся на:
1) проводники
2) полупроводники
3) диэлектрики
У проводников, твердых, жидких и газообразных, имеются свободные электрические заряды. У металлов таковыми являются свободные электроны, у жидких проводников – ионы, у газов – электроны и ионы.
У заряженного проводника заряды собираются на его поверхности. Если этот проводник представляет собой замкнутую конструкцию, то внутри поле отсутствует, т.к. все свободные заряды на поверхности.
У диэлектриков нет свободных зарядов. Молекулы диэлектриков бывают двух типов: полярные и неполярные. У полярных + и – заряды в молекуле смещены друг относительно друга. Поэтому она асимметрична.
Асимметричную молекулу еще называют диполем. В отсутствии внешнего электрического поля все диполи ориентированы хаотично. При включении внешнего поля диполи меняют ориентацию. Разворачиваясь, они выстраиваются в цепочки. В результате этого на поверхности диэлектрика появляются связанные электрические заряды, т.е. диэлектрик поляризуется.
Такой вид поляризации называют ориентационным.
У неполярных молекул центры положительных и отрицательных зарядов совпадают, т.е. молекула симметрична. При включении внешнего электрического поля молекула деформируется, орбиты электронов растягиваются и эта молекула становится полярной. Её диполи тоже выстраиваются в цепочки.
Поляризация диэлектрика с симметричными молекулами называется электронной. Существует так же ионная, электролитическаяи др. виды поляризаций. В результате поляризации на поверхности диэлектрика, как уже было сказано, появляются связанные заряды, которые ослабляют поле внутри диэлектрика в ε раз
E0 - напряженность внешнего поля, Е - напряженность поля в диэлектрике.
ε – относительная диэлектрическая проницаемость, зависящая от природы диэлектрика (безразмерная величина).
Живые и растительные организмы состоят из клеток, окруженных оболочками – мембранами, клеточных и межклеточных жидкостей.
Клеточная мембрана– это биологическая мембрана, окружающая внутриклеточное вещество. Мембраны состоят из липидов, белков, нуклеиновых кислот, неорганических веществ и т.д.
Функции мембраны: барьерная (защита клетки от ядовитых веществ), транспортная или механическая (для переноса необходимых для жизни веществ и вывода продуктов метаболизма) и матричная(для удержания белков, выполняющих важные функции).
По электрическим свойствам мембрана- этодиэлектрик.
Она состоит из амфифильных молекул липидов, образующих двойной слой (бислой), в который встроены молекулы белка (см. рисунок). Амфифильные молекулы-это длинные полярные молекулы с головкой и хвостом. Головки гидрофильные (не боятся воды), а хвосты гидрофобные (боятся). Поэтому головки молекул липидов оказываются на поверхностях мембраны, а хвосты спрятаны внутри. И в этом бислое, как в океане айсберги, плавают молекулы белков, осуществляющих перенос веществ через мембрану.
Перенос веществ в клетку и из клетки осуществляется с помощью различных механизмов: простой диффузии (для незаряженных молекул), облегченной диффузии с помощью переносчиков или через каналы в мембране и активного транспорта. Простая и облегченная диффузия- это пассивныйтранспорт, не требующий затрат энергии. Активный транспорт веществ через мембрану живой клетки требует затрат энергии и работает как насос. Примером активного транспорта является работа N - -ATФазы
Явление это изучено недостаточно. Однако суть его в следующем. В живом организме всегда есть молекулы NaCl и KCl, которые под действием молекул воды распадаются на ионы N . Ионы хлора и калияпо каналам в мембране перемещаются то внутрь, то наружу, а ионы только наружу, т.е. из клетки. Причем 3 иона натрия наружу в обмен на 2 иона калия внутрь. И этомуспособствуют молекулы АТФ.
При прохождении через мембрану ионов и устанавливается равновесие Доннана:
Дата добавления: 2020-11-18; просмотров: 552;