Электростатика

Электростатика – это раздел физики, который изучает существование и взаимодействие неподвижных зарядов

Заряд и его свойства

Наименьшим зарядом является заряд электрона. Принято, что электрон имеет условно отрицательный заряд.

Опытным путем американский физик Р. Милликен (1868-1953) показал, что любое заряженное тело имеет заряд, кратный заряду электрона. Дробных зарядов из опыта не обнаружено, но имеется теория кварков о существовании зарядов , .

Заряд электрона имеет бесконечное время жизни. В 1983г. было установлено, что период полураспада лет. Заряд протона в точности равен заряду электрона (проверено с точностью до 10^-21). Инвариантность заряда состоит в независимости величины заряда от его скорости. Масса электрона , радиус см.

Неподвижный электрический заряд является источником электрического поля.

Всего существует четыре вида взаимодействий:

1. Гравитационное (его интенсивность берем за единицу).

2. Слабое ядерное взаимодействие (в раз сильнее).

3. Электромагнитное (в раз сильнее).

4. Сильное ядерное (в раз сильнее).

Два разноименных заряда - притягиваются, одноименных – отталкиваются. Вокруг любого заряда (покоящегося, или движущегося) во всем пространстве, включая место, где находится сам заряд, существует поле. Это поле проявляет себя через воздействие на любой другой заряд, помещенный в это поле.

Закон сохранения заряда

Закон Кулона определяет силу взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов , расположенных на расстоянии друг от друга. Эта сила направлена по линии, соединяющей эти заряды. В системе СИ этот закон имеет вид:

,

где – электрическая постоянная, которая возникла при переходе из СГС в СИ.

;

 - диэлектрическая проницаемость среды, где расположены заряды.

.

Пример: ,

Кулон (военный строитель, член Парижской Академии) исследовал угол закручивания нити от силы (работал в области механики). Используя свой прибор, изображенный на рисунке

Прибор – крутильные весы, состоит из: стеклянного коромысла, серебряной нити , , шарика (шарик заряжают стеклянной палочкой), неподвижного шарика (его тоже заряжают).

Ш арики отталкиваются, нить закручивается на угол . Кулон установил, что сила притяжения (отталкивания) шаров пропорциональна произведению зарядов шаров и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними: ;

Закон Кулона в векторном виде выглядит так:

;

Границы применимости от 10^-13 см до нескольких км (из опытов).

Любой заряд окружен электрическим полем. Поля бывают однородными и неоднородными и каждая точка поля характеризуется двумя величинами:

1. Силовая характеристика поля

2. Скалярный энергетический потенциал .

Напряженность электростатического поля

В изолированной системе полный электрический заряд сохраняется (через границы системы не проникает вещество).

Исследуем пространство электрическим положительным зарядом q₊₁,настолько малым, что он не искажает исследуемое поле.

(1);

(2);

Напряженность электростатического поля в данной точке есть физическая величина, определяемая силой, действующей на пробный единичный, точечный, положительный заряд, помещенный в данную точку поля. Из (1) и (2):

Напряженность поля точечного заряда равна:

;

Если напряженность поля в любой точке одинакова, то такое поле является однородным. Для однородного поля – линии напряженности параллельны вектору напряженности. Направление вектора напряженности совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд. Так как в данной точке поля вектор напряженности имеет только одно направление, то линии напряженности не пересекаются. Как видно, единица напряженности электростатического поля - .

Линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности, называются силовыми линиями электрического поля. По густоте силовых линий можно судить о величине заряда.