ФИЗИКА

Модуль 2.1

Глава 1 Электростатическое поле в вакууме

1 Электрический заряд. Закон Кулона

В настоящее время известно, что в основе всего разнообразия явлений природы лежат четыре фундаментальных взаимодействия между элементарными частицами – сильное ядерное, слабое ядерное, электромагнитное и гравитационное. Каждый вид взаимодействия связывается с определенной характеристикой частицы. Например, гравитационное взаимодействие зависит от масс частиц, электромагнитное от электрических зарядов.

Свойства электрического заряда:

1. Электрический заряд существует в двух видах: как положительный , так и отрицательный.

2. В любой электрический изолированной системе алгебраическая сумма зарядов не изменяется: - это утверждение выражаетзакон сохранения электрического заряда.

3. Всякий заряд образуется совокупностью элементарных зарядов, поэтому он является целым кратным:, гдеКл – элементарный заряд, - это означает,чтоэлектрический заряд квантуется.

4. Электрический заряд является релятивистки инвариантным: его величина не зависит от скорости, с которой он движется. Это означает, что величина заряда, измеренная в различных инерциальных системах отсчета, оказывается одинаковой.

Закон Кулона

Если размерами заряженного тела можно пренебречь по сравнению с расстояниями до других тел, то такое тело называется точечным зарядом. Закон взаимодействия точечных зарядов был установлен экспериментально французским физиком Шарлем Кулоном в 1785.

Закон Кулона гласит, что сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов, находящихся в вакууме, пропорциональна величинам зарядови, и обратно пропорциональна квадрату расстояниямежду ними:

, (1.1)

где - коэффициент пропорциональности.

Сила направлена вдоль линии, соединяющей эти заряды, причем одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются.

Закон Кулона можно выразить в векторной форме:

,

где - орт радиус-вектора.

Рис. 1

На рис. 1 изображены силы отталкивания двух положительных зарядов.

В системе единиц СГС =1.

В Международной системе единиц (СИ) единица заряда – Кулон, коэффициент , определяемый экспериментально, равен

Н·м²/Кл².

Его представляют в виде:

.

Тогда формула, выражающая закон, имеет вид:

(1.3)

Величину называютэлектрической постоянной. Она равна:

Ф/м,

Где Ф (Фарад) – единица емкости

Замечание:

Формулы (1.1), (1.2) и (1.3) выражают закон Кулона в вакууме. Однако, если электрические заряды находятся в среде, которая характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью , то сила Кулона уменьшается враз. Тогда закон Кулона в среде будет иметь вид:

(1.2а)

или

(1.3а)

Принцип суперпозиции силы

Пусть кроме заряда имеются заряды. Тогда результирующая сила, с которой действует навсезарядов, равна

, (1.4)

где - сила, с которой действует назарядв отсутствие остальных () зарядов.

Примеры нахождения результирующей силы .

Рис. 2