Lek_1_ELEKTROSTATIKA
.pdf•Таким образом, процесс электризации тела сводится к нарушению его электрической нейтральности, т.е. к возникновению на нем избыточных положительных или отрицательных электрических зарядов.
•Это достигается различными способами, простейшие из которых трение различных тел друг о друга или даже простое их соприкосновение.
•В результате контакта между разнородными веществами валентные электроны атомов одного из веществ переходят в другое вещество.
•Установлено, что наименьшим по величине электрическим зарядом является заряд, равный заряду одного электрона.
• Его численное значение, найденное впервые
Р. Милликеном (2009 г.) составляет – 1,592·10-19 Кл
• Значение заряда электрона, принятое в
настоящее время, составляет
– 1,60217653·10-19 Кл.
• Любой другой заряд, сообщенный телу,
кратен заряду электрона, т.е. Q = Ne .
•Этим утверждается мысль о дискретности электрических зарядов, впервые высказанная еще в 1752 г. Б. Франклином.
•Были предприняты попытки поиска «дробных» зарядов – кварков. Однако в свободном состоянии такие заряды пока не обнаружены.
u |
u |
|
d |
протон
u |
d |
|
d |
нейтрон
u-кварк
d-кварк
→
→
2 e
3
1 e
3
•Если положительно заряженное тело заряжать отрицательным электричеством, то его заряд вначале уменьшается до нуля, т.е. тело становится электрически нейтральным, а затем увеличивается (по величине).
•Отсюда следует, что различные по знаку, но одинаковые по величине заряды, компенсируют друг
друга.
•При электризации, например, трением или простым соприкосновением тел происходит разделение положительных и отрицательных зарядов.
•В результате перемещения отрицательных зарядов (электронов) электризуются оба тела, причем одно из них положительно, а другое – отрицательно. При этом общее количество зарядов как положительных, так и отрицательных в течение всего этого процесса остается неизменным.
•Отсюда следует вывод, что электрические заряды не создаются и не исчезают, а лишь передаются от одного тела к другому или же перемещаются внутри данного тела.
• Другими словами: суммарный заряд |
электрически |
||
изолированной системы сохраняется. |
|
||
|
n |
|
|
|
q const |
(1) |
|
|
i |
||
|
i 1 |
|
|
•В этом и заключается закон сохранения электрического заряда.
•Кроме протонов и электронов существует большое число других заряженных элементарных частиц (более 350). Все они порождаются, порождая другие частицы и уничтожаются в различных процессах взаимопревращения.
•К настоящему времени иследовано громадное число взаимопревращений элементарных частиц и во всех процессах всегда выполняется закон сохранения
электрического заряда.
3.Закон Кулона
•Закон Кулона, как мы уже отметили, был сформулирован в 1875 г.
•Закон справедлив лишь для покоящихся в данной системе координат точечных зарядов, т.е. таких заряженных тел, линейные размеры которых значительно меньше расстояния между ними.
•Этот закон установлен Кулоном на основе экспериментов, выполненных с помощью сконструированных им крутильных весов.
• Сформулируем этот закон: |
Рис. 1 |
• Сила взаимодействия двух точечных зарядов q1 и q2 в
вакууме прямо пропорциональна произведению величин этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Направление этой силы совпадает с прямой, соединяющей взаимодействующие
заряды: |
|
|
|
|
F k |
q q |
|||
|
||||
|
1 |
2 |
||
|
|
|||
|
|
r |
2 |
|
|
|
|
||
k – коэффициент пропорциональности, системы единиц. В системе Si
k |
1 |
|
9 109 |
Нм2 |
|
4 |
0 |
Кл2 |
|||
|
|
||||
|
|
|
|
|
(2)
от выбора
0 8,85 10 12 Фм электрическая постоянная.
F21
q1 0
F
q1 0
q1 0
r F12
q2 0
r
F
q2 0
r
F |
F |
q2 |
0 |
|
|
Рис. 2
• Запишем закон Кулона в векторной форме:
F |
k |
q q |
|
r |
||
1 |
2 |
12 |
||||
|
|
|
||||
12 |
|
r |
2 |
|
r |
|
|
|
|
|
|||
(3)
В формуле (3) |
r12 |
|
единичный вектор, проведенный |
r |
|||
|
|
||
|
|
|
|
в направлении от первого заряда ко второму. |
|||
• В соответствии с третьим законом Ньютона, на
заряд й со стороны заряда й действует такая же, но противоположно направленная сила
F |
F |
21 |
12 |
Следовательно, по величине эти силы равны:
(4)
|
|
F21 F21 F |
(5) |
•Опыт показывает, что сила взаимодействия двух зарядов не зависит от присутствия третьего заряда. Поэтому для системы зарядов Закон Кулона можно применять к каждой паре зарядов в отдельности.
•Отсюда следует, что для системы зарядов результирующая сила, действующая на какой-либо заряд, равна геометрической сумме сил со стороны всех других зарядов системы, т.е.
|
|
n |
|
|
|
F |
i |
|
|
|
|
F |
|
|
|
|
i 1 |
|
|
• Формула (6) выражает |
|
принцип |
||
(6)
суперпозиции
кулоновских сил.