- •Лекция №1. Электростатическое поле в вакууме
- •Вопрос №1.Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда.
- •Вопрос №2.Закон Кулона
- •Вопрос №3. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля.
- •Вопрос №4. Напряженность поля точечного заряда и системы точечных зарядов.
- •Вопрос №5. Принцип суперпозиции электростатических полей. Поле диполя
Вопрос №2.Закон Кулона
Закон взаимодействия неподвижных электрических зарядов в 1785 г. был экспериментально установлен французским физиком Ш.Кулоном с помощью изобретенных им крутильных весов. В эксперименте учитывали, что заряды точечные. Под точечными зарядами подразумеваются такие заряженные тела, размеры которых малы по сравнению с расстоянием между ними.
Закон Кулона: модуль силы взаимодействия F двух неподвижных точечных зарядов, находящихся в вакууме пропорционален произведению модулей зарядов q1 и q2 и обратно пропорционален квадрату расстояния r между ними.
, где k = 9· 109 Н·м2/Кл2 .
k = , откуда ;
последняя форма записи и многих других формул называется рационализированной.
Ф/м - называют электрической постоянной.
Закон Кулона в векторной форме:
,
где - сила действующая на заряд q1 со стороны заряда q2,
- радиус-вектор заряда q1 относительно q2 ,
q1 и q2 -алгебраическое значение взаимодействующих зарядов.
q1>
0
q2
>0
Силы, задаваемые вышеуказанными формулами, называются кулоновскими силами. Кулоновские силы удовлетворяют третьему закону Ньютона, т.е. = .
Если заряды находятся в однородной изотропной диэлектрической среде, то сила их взаимодействия вследствие поляризации среды уменьшается в ε раз (ε >1).
.
ε = F0 / F - диэлектрическая проницаемость среды, которая показывает во сколько раз сила взаимодействия F0 в вакууме больше силы F в среде.
Вопрос №3. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля.
Взаимодействие неподвижных зарядов осуществляется посредством электростатического поля, которое представляет собой особый вид материи. Каждый заряд создает в окружающем его пространстве электрическое поле, которое с определенной силой действует на заряд помещенный в любую точку этого поля.
Для исследования электрического поля используют пробный заряд . Он должен быть малым по величине. Чтобы своим полем не искажать поле изучаемого заряда и принадлежать телу малых размеров (материальной точке), чтобы можно было исследовать поле в малых участках пространства. В то же время он не является элементарным зарядом, для описания состояния которого нужно применять законы квантовой механики. Для удобства пробный считают положительным.
Если в поле, создаваемое зарядом q, поместить пробный заряд , то на него будет действовать сила , которую можно определить по формуле
.
Отношение этой силы к величине пробного заряда:
- характеризует электрическое поле в данной точке пространства. Это силовая характеристика электрического поля называется напряженностью -
Направление вектора совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд. Измеряется в [Н/Кл] в СИ В/м.
1 Н/Кл =1 В/м.
Вопрос №4. Напряженность поля точечного заряда и системы точечных зарядов.
Точечный заряд q в окружающей его среде создают поле, выражение для напряженности : - напряженность поля точечного заряда.
Здесь - радиус-вектор точки поля относительно заряда q, поэтому проекция напряженности на направление этого вектора определяется по следующей формуле:
.
Направление векторов и для полей точечных зарядов:
Рис.1.1
Электрические поля графически изображают с помощью линий напряженности (силовых линий), которые проходят так, чтобы касательная к ним в каждой точке пространства совпадали по направлению с вектором напряженности .
Рис.1.2
Линии напряженности электростатического поля начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных или уходящих в бесконечность. Лини напряженности условились проводить с определенной густотой: количество линий напряженности, пронизывающих единичную площадку, которая расположена перпендикулярно им, пропорционально модулю .
Следует отметить, что линии напряженности в случае полей произвольной конфигурации не являются траекториями для движущихся в них точечных зарядов, т.к. касательные к этим линиям совпадают с направлением силы , т.е. ускорения, а касательные к траектории движения зарядов - с направлением их скорости.
Линии напряженности могут совпадать с траекториями движения зарядов только в том случае, если они представляют собой прямые линии.