Электростатика. В электростатике рассматриваются взаимодействия и свойства электрических зарядов, неподвижных в той системе координат

В электростатике рассматриваются взаимодействия и свойства электрических зарядов, неподвижных в той системе координат, в которой эти заряды изучаются, а также изучаются электрические поля, создаваемые такими зарядами.

В природе существуют два рода электрических зарядов, условно называемых – положительным и отрицательным. Одноименно заряженные тела отталкиваются друг от друга, а разноименно заряженные – притягиваются. Следовательно, зная знак заряда одного из тел легко определить знак заряда другого тела. Наэлектризовать тело, т.е. создать в нем избыток одного из зарядов можно, в частности, трением. При электризации тел трением всегда одновременно электризуются оба тела, причем одно из них получает положительный заряд, а другое – отрицательный. Положительный заряд первого тела всегда в точности равен модулю отрицательного заряда второго тела, если до электризации оба тела не были заряжены. Исходя из этого, был установлен закон сохранения электрических зарядов: электрические заряды не возникают и не исчезают, они могут быть лишь переданы от одного тела другому или перемещены внутри данного тела.

Этот закон подтверждается многочисленными опытами. Из закона сохранения зарядов следует, что в любом электрически нейтральном веществе имеются заряды обоих знаков и притом в равных количествах. В результате соприкосновения двух тел при трение часть зарядов переходит из одного тела в другое. Равенство суммы положительных и отрицательных зарядов в каждом из них нарушается, и они заряжаются разноименно.

Опытным путем было выяснено, что электрический заряд любого тела состоит из целого числа элементарных зарядов (элементарный заряд равен 1,6·10^-19 Кл). Наименьшая частица, обладающая отрицательным элементарным зарядом, называется электроном (в переводе с греческого электрон – янтарь). Масса электрона равна 9,1·10^-31 кг. Элементарный заряд будем обозначать буквой е. Заряд электрона – е, протона + е. Поскольку всякий заряд q образуется совокупностью элементарных зарядов, он является кратным е:

q = e

Все тела делятся на проводники и диэлектрики. Проводником называют тело, в котором электрические заряды могут свободно перемещаться по всему его объему. Диэлектрик таким свойством не обладает – сообщаемые ему электрические заряды остаются в тех же местах, в которые они были первоначально помещены. К проводникам относятся все металлы, растворы кислот, солей и щелочей, раскаленные газы и другие. Кроме того, существует большая группа веществ, называемых полупроводниками, которые занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.

Громадное большинство применяемых на практике способов наблюдения и измерения слишком грубы для того, чтобы с их помощью можно было обнаружить существование отдельных частиц электричества. Наименьшие наблюдаемые при этом электрические заряды содержат в себе многие миллионы и миллиарды частиц электричества, отделенных друг от друга ничтожными расстояниями. При таком суммарном или макроскопическом изучении электрических явлений возможно, не внося существенной ошибки в результате рассуждений, вовсе не учитывать дискретной природы электрических зарядов и пользоваться представлением о непрерывно протяженных электрических зарядов; т.е. мы можем считать, что электрические заряды сплошным, непрерывным образом заполняют заряженные участки материальных тел. Аналогичный подход использовался в механике.

Зачастую при рассмотрении полей, создаваемых макроскопическими зарядами отличаются от дискретной структуры этих зарядов и считают их распределенными в пространстве непрерывным образом с конечной всюду плотностью.

Если заряд сосредоточен в объеме, то вводится величина – объемная плотность заряда : .

Если заряд сосредоточен в тонком поверхностном слое – поверхностная плотность заряда : .

Если заряды распределены вдоль линии – линейная плотность заряда : .

Микроскопическая теория, основанная на учете атомистического строения электричества (электронная теория), позволяет показать, что макроскопические законы суммарных явлений вытекают из более точных микроскопических законов явлений элементарных. Поскольку строгое изложение микроскопической теории должно базироваться на квантовой теории, то мы вынуждены рассмотреть только те вопросы микроскопической теории, которые с достаточной степенью точности могут быть рассмотрены в рамках классической физики.

Дата добавления: 2014-01-07