Электрический заряд. Закон сохраненияэлектрического заряда. Закон Кулона

Известно, что разнородные тела такие, как кожа, стекло, эбонит и т.д., потёртые друг о друга, обладают свойством притягивать к себе лёгкие предметы, например, кусочки бумаги. Для объяснения такого взаимодействия, названного электрическим, и было введено понятие электрического заряда. Электрическому заряду присущи следующие фундаментальные свойства:

1) Существует два типа электрических зарядов, условно названных, положительными и отрицательными. Заметим, что заряды одного знака отталкиваются, а разных знаков – притягиваются друг к другу. Сила взаимодействия заряженных тел может быть различной. Она зависит от величины зарядов, находящихся на них. Из этого следует, что электрический заряд является количественной мерой способности тел к электрическим взаимодействиям.

2) Электрический заряд является релятивистски-инвариантной величиной – его величина не зависит от системы отсчета, а, значит, не зависит от того, движется или покоится тело, на котором он находится.

3) Единица измерения заряда в системе СИ – Кулон (Кл). Обозначается заряд q. Элементарный заряд, заряд электрона, е = - 1,6⋅10^-19 Кл.

4) в любой замкнутой электрической системе алгебраическая сумма электрических зарядов является постоянной величиной при любых процессах, происходящих в ней (закон сохранения заряда):

(1.1)

Замкнутой называется электрическая система, из которой не выходят и в которую не входят заряды. Так, например, при электризации тел трением заряды, возникающие на телах, равны по абсолютной величине, но противоположны по знаку. Поэтому их алгебраическая сумма так же равна нулю, как и в случае незаряженных тел.

Рассмотрим вопрос о силе взаимодействия электрических зарядов, которая определяется законом Кулона, являющимся основным законом электростатики. Закон был установлен экспериментально в 1785г. Кулоном. Этот закон не выводится из других законов природы и устанавливается только опытным путём.

В общем случае сила взаимодействия между заряженными телами зависит от размеров и формы тел, а также от свойств среды, в которой находятся тела. Наиболее просто сила взаимодействия находится для так называемых точечных зарядов. Точечным зарядом называется заряженное тело, размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, с которыми оно взаимодействует. Закон взаимодействия точечных зарядов формулируется следующим образом: сила взаимодействия двух точечных зарядов F пропорциональна величине каждого из них q и q ₀ и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними r. Сила направлена по прямой, соединяющей заряды. Запишем формулу для закона Кулона:

,(1.2)

где - диэлектрическая проницаемость среды, в которой находятся заряды, безразмерная величина (для вакуума ),- электрическая постоянная. Величину можно обозначить как коэффициент , таким образом

.

Сила – векторная величина, измеряется в Ньютонах ().Она направлена по прямой, соединяющей заряды. Закон Кулона следует более строго записать в векторном виде. С этой целью проведём радиус-вектор от заряда q к q ₀ (рис. 1.1). Введём единичный вектор, направленный в ту же сторону, что и вектор . Он равен . Тогда закон Кулона в векторной форме запишется следующим образом:

.(1.3)

Рис. 1.1

Дата добавления: 2014-01-20