Закон сохранения заряда и калибровочная инвариантность
Физическая теория утверждает, что каждый закон сохранения основан на соответствующем фундаментальном принципе симметрии. Со свойствами симметрий пространства-времени связаны законы сохранения энергии, импульса и момента импульса. Законы сохранения электрического, барионного и лептонного зарядов связаны не со свойствами пространства-времени, а с симметрией физических законов относительно фазовых преобразований в абстрактном пространстве квантовомеханических операторов и векторов состояний.
Если проводник поместить во внешнее электростатическое поле или зарядить его, то на заряды данного проводника будет действовать электростатическое поле, под действием которого они начнут двигаться. Движение зарядов (ток) будет длиться до тех пор, пока не установится равновесное распределение зарядов, при котором электростатическое поле внутри данного проводника обращается в нуль. Это происходит в течение очень короткого времени. Действительно, если бы поле не было равно нулю, то в проводнике появилось бы упорядоченное движение зарядов без затраты энергии от внешнего источника, что не согласуется с законом сохранения энергии. Значит, напряженность поля во всех точках внутри проводника равна нулю:
Если проводнику дать некоторый дополнительный заряд Q, то нескомпенсированные заряды разместяться только на поверхности проводника. Это вытекает непосредственно из теоремы Гаусса, согласно которой заряд Q, который находится внутри проводника в некотором объеме, ограниченном произвольной замкнутой поверхностью, равен
Вопрос 22 Взаимодействие точечных зарядов. Закон Кулона.
Зако́н Куло́на — это закон о взаимодействии точечных электрических зарядов.
Был открыт Шарлем Кулоном в 1785 г. Проведя большое количество опытов с металлическими шариками, Шарль Кулон дал такую формулировку закона:
Модуль силы взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению модулей этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними.
Важно отметить, что для того, чтобы закон был верен, необходимы:
точечность зарядов — то есть расстояние между заряженными телами много больше их размеров — впрочем, можно доказать, что сила взаимодействия двух объёмно распределённых зарядов со сферически симметричными непересекающимися пространственными распределениями равна силе взаимодействия двух эквивалентных точечных зарядов, размещённых в центрах сферической симметрии;
2. их неподвижность. Иначе вступают в силу дополнительные эффекты: магнитное поле движущегося заряда и соответствующая ему дополнительная сила Лоренца, действующая на другой движущийся заряд;
3. взаимодействие в вакууме.
В векторном виде в формулировке Ш. Кулона закон записывается следующим образом:
где
— сила, с которой заряд 1 действует на
заряд 2; q1,q2 — величина зарядов;
— радиус-вектор (вектор, направленный
от заряда 1 к заряду 2, и равный, по модулю,
расстоянию между зарядами — r12); k —
коэффициент пропорциональности. Таким
образом, закон указывает, что одноимённые
заряды отталкиваются (а разноимённые
— притягиваются).
Взаимодействие двух точечных неподвижных зарядов. Закон Кулона. Напряженность электрического поля (заряда, плоскости, шара, цилиндра). Индукция электрического поля. Силовые линии электрического поля.
В системе СИ
где
F - сила взаимодействия двух точечных зарядов
q1, q2 - величины зарядов
εα - абсолютная диэлектрическая проницаемость среды
r - расстояние между точечными зарядами