Электрический заряд. Закон Кулона. Напряженность электростатического поля. Силовые линии. Принцип суперпозиции и его применение к расчёту поля системы неподвижных зарядов.

Наряду с массой одним из свойств частиц вещества является электрический заряд. Различают два вида электрического заряда: положительный и отрицательный. Ядро любого атома считается положительно заряженным. Электроны имеют, по определению, отрицательный заряд. О наличии заряда у тела судят по его взаимодействию с другими заряженными частицами. При этом одноименно заряженные тела отталкиваются, а разноименно заряженные – притягиваются.

Элементарным зарядом называется абсолютная величина электрического заряда электрона или ядра атома водорода – протона. В СИ величина элементарного заряда равна

е =1,6×10^-19 Кл (единица измерения – Кулон.) Любой электрический заряд кратен элементарному заряду.

Электрические заряды могут появляться или исчезать только попарно. Отсюда следует:

закон сохранения электрического заряда – сумма зарядов в замкнутой системе остается постоянной.

В классической теории электромагнитных явлений широко применяется понятие неподвижного точечного заряда.

Точечным электрическим зарядом называется заряженное тело, размерами которого (в условиях данной задачи) можно пренебречь. Можно говорить о точке, имеющей электрический заряд.

При рассмотрении микроскопических заряженных частиц (~ 10^{-6 м) в качестве точечных зарядов можно применять классическую теорию электромагнетизма только с учётом «усреднения по времени»: любая микрочастица, находящаяся, например, в газе, постоянно совершает хаотическое (броуновское) движение. Поэтому, если необходимо рассматривать положение даже одной электрически заряженной частицы в газе (при отсутствии других микроскопических зарядов и фонового излучения), то приходится рассматривать усредненные по времени физические величины.}

В масштабах, соизмеримых с размерами атомов (~ 10^{-10 м), методы классической электродинамики, вообще говоря, неприменимы. Однако, в некоторых частных случаях, классическое рассмотрение взаимодействия ядра и электрона с окружающим электромагнитным полем приводит к качественно верным результатам. Это бывает полезно с методологической точки зрения, т.к. классический подход приводит к менее «трудоёмким» моделям.}

Опыты показывают, что взаимодействие неподвижных точечных зарядов определяется следующим законом (закон Кулона):

Сила электростатического взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов, находящихся в вакууме на расстоянии r друг от друга, прямо пропорциональна произведению величин этих зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль соединяющей их прямой:

,

где сила, действующая на заряд со стороны заряда, а радиус-вектор, проведённый от заряда к заряду.

В СИ постоянный коэффициент k (не путайте с постоянной Больцмана!) равен

для среды с диэлектрической проницаемостью e.

для вакуума e=1 (e₀ - электрическая постоянная).

Для силы Кулона справедливо утверждение:

вектор силы, действующей на точечный заряд со стороны остальных зарядов, равен векторной сумме сил, действующих со стороны каждого заряда в отдельности:. Поэтому, при рассмотрении (статического) взаимодействия макроскопических заряженных тел, необходимо разбить каждое из них на точечные заряды, и затем найти вектор суммарной силы попарных взаимодействий всех точек этих тел.

Дата добавления: 2014-01-06