Применение явления взаимодействия заряженных тел

Закон взаимодействия заряженных тел.

Расстояние

Заряд

Сила взаимодействия

Физические величины, описывающие явление взаимодействия заряженных тел.

Таким образом, для характеристики явления взаимодействия заряженных тел введены следующие физические величины: сила взаимодействия, заряд, расстояние между зарядами.

Даём общую характеристику физической величине – силе взаимодействия заряженных тел.

Введена для характеристики взаимодействия заряженных тел.

Буквенное обозначение – F.

Единица – Н (ньютон).

Величина – векторная.

Определяется – расчётом или измерением с помощью специальных приборов.

Даём общую характеристику физической величине – заряду.

Введена для характеристики свойств заряженных тел.

Буквенное обозначение – q.

Единица – Кл (кулон).

Величина – скалярная.

Определяется – расчётом или измерением с помощью электроскопа.

Даём общую характеристику физической величине – расстоянию между заряженными телами.

Введена для характеристики пространственного расположения заряженных тел.

Буквенное обозначение – r.

Единица – м (метр).

Величина – скалярная.

Определяется – расчётом или измерением с помощью линейки.

Закон взаимодействия заряженных тел экспериментально открыл
фран­цузский физик Шарль Кулон в 1785 году и он носит его имя. Формулируется он так: два неподвижных точечных электрических заряда взаимодействуют с силой прямо пропорциональной произведению этих зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними и диэлектричес­кой проницаемости среды.

3.4 Математическая запись закона взаимодействия заряженных тел:

Он записывается следующим образом:

(3.5)

где F – сила взаимодействия между точечными зарядами, Н;

q₁, q₂ – точечные заряды, Кл;

r – расстояние между точечными зарядами, м;

e₀ – электрическая постоянная, Ф/м;

e – относительная диэлектрическая проницаемость среды, в которой на­ходятся заряды.

Пример 3.1 Два точечных заряда q₁ = +4π·10^–6 Кл и q₂ = –8,85·10^–6 Кл находятся в среде с диэлектрической проницаемостью в 20 раз большей, чем в вакууме, на расстоянии 0,1 м друг от друга. Как и с какой силой будут взаимодействовать указанные заряды?

Решение.

r

F

+q₁

–q₂

Рис.3.13

F

Заряды будут притягиваться друг к другу с силой, которую находим по формуле (3.1):

.

Пример 3.2 Точечный заряд q = +4π·8,85·10^–12 Кл находится в среде с относительной диэлектрической проницаемостью e = 10. Определить напряжённость электрического поля в точке, которая находится на расстоянии 0,05 м от заряда.

Решение.

r

+q

q_пр

F_пр

Рис.3.14

Подставив в (3.2) значение силы из выражения (3.1),
находим расчётную формулу напряжённости:

(3.6)

.

Подставив значения физических величин, получаем:

.

Пример 3.3 Точечный заряд q = +4π·8,85·10^–11 Кл находится в среде, относительная диэлектрическая проницаемость которой равна e = 10. Определить потенциал точки электрического поля, находящейся на расстоянии 0,01 м от заряда.

Решение.

Потенциал точки электрического поля определяется по выражению (3.3). Потенциальную энергию пробного заряда, внесённого в данную точку поля, находим по выражению:

П_пр = F_пр · r, (3.7)

где F_пр – сила, действующая на пробный заряд, Н;

r – расстояние до заряда, м.

Силу, действующую на пробный заряд, находим по выражению (3.1).

Подставив в (3.3) выражения (3.7) и (3.1), находим расчётную формулу потенциала в данной точке:

. (3.8)

Подставляем численные значения физических величин в (3.8) и находим потенциал:

.

Таблица 3.2

Номер вопроса, задания	Вопросы, задания	Номер правильного ответа
	В чём суть явления электризации тел?
	Сформулируйте закон сохранения заряда.
	Выполните математическую запись закона сохранения заряда.
	Дайте определение точечного заряда.
	Тело потеряло 20 Кл положительного заряда. Какой заряд в кулонах приобрело это тело?
	Тело прибрело 10 Кл отрицательного заряда и 10 Кл положительного заряда. Какой результирующий заряд в кулонах приобрело это тело?
	В чём суть явления взаимодействия заряженных тел?
	Посредством чего взаимодействуют заряды?
	Сформулируйте закон взаимодействия заряженных тел.
	Выполните математическую запись закона Кулона.
	Укажите единицы физических величин, описывающих закон Кулона.
	В электрическое поле положительного точечного заряда q1 = 40 Кл внесли малый пробный заряд q2 = 4π × 8,85 × 10^-12 Кл. Среда, в которой находятся заряды, имеет относительную диэлектрическую проницаемость ε = 20. Заряды находятся на расстоянии 0,1 м. Определить силу в ньютонах, действующую на пробный заряд.

- = 10.

Таблица 3.2а

Номер правильного ответа	Правильный ответ
	.
	200.
	Посредством электрического поля, которое существует вокруг них и представляет собой особую форму материи.
	[ F ] = H; [ q ] = Кл; [ r ] = м; [ e0 ] = Ф/м.
	0.
	- 20.
	Между заряженными телами существуют силы притяжения или отталкивания: тела, имеющие заряд одного знака, отталкиваются; а тела, имеющие заряд разного знака, притягиваются.
	q1 + q2 + … + qn = const.
	Два неподвижных точечных электрических заряда взаимодействуют с силой прямо пропорциональной произведению этих зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними и диэлектрической проницаемости среды.
	В потере или приобретении телом некоторого количества электронов.
	Заряженное тело, размерами которого в данных условиях можно пренебречь.
	Алгебраическая сумма зарядов системы не изменяется со временем.

3.6 Комплексное квалификационное задание по теме «Явление взаимодействия заряженных тел»

Дата добавления: 2014-10-15