Электромагнетизм.

Электростатика.

Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия.

Электрический заряд обычно обозначается буквами q или Q.

Совокупность всех известных экспериментальных фактов позволяет сделать следующие выводы:

Существует два рода электрических зарядов, условно названных положительными и отрицательными.

Заряды могут передаваться от одного тела к другому. В отличие от массы тела электрический заряд не является неотъемлемой характеристикой данного тела. Одно и то же тело в разных условиях может иметь разный заряд.

Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. В этом также проявляется принципиальное отличие электромагнитных сил от гравитационных. Гравитационные силы всегда являются силами притяжения.

Единица измерения – Кулон (Кл).

Одним из фундаментальных законов природы является экспериментально установленный закон сохранения электрического заряда. В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остаётся постоянной.

q[1]+q[2]+q[3]+…+q[n] = const.

Заряд электрона является минимальным и равен 1,602177*10^-19 Кл ~ 1.6*10^-19 Кл.

F=k*(|q[1]|*|q[2]|)/r^2

Кулон – это заряд, проходящий за 1 секунду через поперечное сечение проводника при иле тока в 1А. Единица силы тока в СИ является наряду с единицами длины, времени и массы основной единицей измерения.

Закон Кулона справедлив для точечных зарядов.

Коэффициент k в системе СИ обычно записывается в виде k = 1/4Пи*e[0], где e[0] = 8.85*10^-12 Кл^2/H*м^2 – электрическая постоянная.

Если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны других заряженных тел.

Напряженностью электрического поля называют физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку пространства, к величине этого заряда:

E = F/q

Напряженность электрического поля – векторная физическая величина. Направление вектора E совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.

Напряженность электрического поля, создваемого системой зарядов в данной точке пространства, равна векторной сумме напряженностей электрических полей, создаваемых в той же точке зарядами в отдельности.

E = E[1]+E[2]+… Это свойство электрического поля означает, что поле подчиняется принципу суперпозиции.

В соответствии с законом Кулона, напряженность электрического поля, создаваемого точечным зарядом Q на расстоянии r от него, равна по модулю

E = 1/4Пи*e[0]*(Q/r^3*r->), где r-> - модуль радиус-вектора.

Силовые линии поля электрического диполя E = E[1]+E[2].

Важной характеристикой электрического диполя является так называемый дипольный момент p.

Теорема Гаусса

,

где Ф – поток = 1/e[0]*сумма q[внутр].

Поток вектора напряженности электрического поля E через произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов, расположенных внутри этой поверхности, деленной на электрическую постоянную e[0].

Пример: Вычисление поля тонкостенного полого однородного цилиндра радиуса R. Задача имеет осевую симметрию. Из соображений симметрии, электрическое поле должно быть направлено по радиусу.

где тау = Q/e

E = тау/2Пи*e[0]*r

Этот результат не зависит от радиуса R заряженного цилиндра, поэтому он применим и к полю длинной однородно заряженной нити.

2*E =сигма /e[0] или E = сигма/2*e[0], где сигма = lim Q/ при -> 0 = поверхностная степень заряда.