Силовые поля: электромагнитное поле

1) Электрический заряди его свойства. Отрицательный и положительный заряд. Электростатика. Закон Кулона.

Электрический заряд — это связанное с телом свойство, позволяющее ему быть источником электрического поля и участвовать в электромагнитных взаимодействиях. Заряд является количественной характеристикой. Единица измерения заряда в СИ — кулон — электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1А за время 1с. Впервые электрический заряд был введён в законе Кулона в 1785 году. Заряд в один кулон очень велик. Если бы два носителя заряда (q1 = q2 = 1Кл) расположили в вакууме на расстоянии 1 м, то они взаимодействовали бы с силой 9×10⁹ H.

Электрический заряд любой системы тел состоит из целого числа элементарных зарядов, равных 1,6×10⁻¹⁹ Кл в системе СИ или 4,8×10⁻¹⁰ ед СГСЭ. Носителями электрического заряда являются электрически заряженные элементарные частицы. Наименьшей по массе покоя устойчивой частицей, имеющей один отрицательный элементарный электрический заряд, является электрон (его масса покоя равна 9,11×10⁻³¹ кг). Наименьшая по массе покоя устойчивая античастица с положительным элементарным зарядом — позитрон, имеющая такую же массу, как и электрон. Также существует устойчивая частица с одним положительным элементарным зарядом — протон (масса покоя равна 1,67×10⁻²⁷ кг) и другие, менее распространённые, частицы.

Электростатикой называют раздел учения об электричестве, в котором изучаются взаимодействия и свойства систем электрических зарядов, неподвижных относительно выбранной инерциальной системы отсчета.

С войства электрического заряда:

1)Существует 2 типа заряда : «+» и «-». Одноименные заряды притягиваются, а разноименные отталкиваются.

2)Суммарный электрический заряд в замкнутых системах тел сохраняется (во всех процессах с участием заряженных частиц).

3)Электрический заряд квантован, т.е. любой заряд в природе кратен элементарному заряду: е =1,6×10⁻¹⁹ Кл – квант электрического заряда ,Q=Nе N=– любое число

4)Инвариантность: величина заряда не зависит от скорости движения системы отсчета в которой заряд покоится. Инвариант - величина, которая не меняется в результате преобразования системы отсчета.

Закон Кулона — 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:

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме направлена вдоль прямой, соединяющей заряды, прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Важно отметить, что для того, чтобы закон был верен, необходимы:

1)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;

взаимодействие в вакууме.

Однако с некоторыми корректировками закон справедлив также для взаимодействий зарядов в среде и для движущихся зарядов.^[2]

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).

В СИ = 8,9875517873681764×10⁹ Н·м²/Кл² (или Ф⁻¹·м) и записывается следующим образом:

где  ≈ 8,854187817×10⁻¹² Ф/м — электрическая постоянная.