3.1. Электростатика

Электростатика рассматривает взаимодействие неподвижных электрических зарядов. Установлено, что любой электрический заряд Qкратенэлементарному зарядуе=1,6·10^-19Кл, то естьQ=en. Носителем элементарного положительного заряда принято считать протон, отрицательного - электрон.

Электрические заряды могут перераспределяться в пределах одного тела или переходить с одного тела на другое, но в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов остается постоянной. Это положение называется законом сохранения заряда.

Заряд называется точечным, если размеры тела, на котором он сосредоточен, пренебрежимо малы в сравнении с расстоянием до других зарядов.

Закон Кулона

Французский физик Ш. Кулон опытным путем установил, что два точечных заряда Q₁иQ₂, находящиеся на расстоянииr, взаимодействуютв вакуумес силой

(3.1)

где ε₀=8,85·10^-12Ф/м называетсяэлектрической постоянной.

Формула (3.1) справедлива также и для заряженных шаров. В этом случае r– расстояние между центрами шаров. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные- притягиваются друг к другу.

Если взаимодействие зарядов происходит в среде с диэлектрической проницаемостью ε>1, то сила их взаимодействия уменьшается в ε раз (см.п.3.4), то есть закон Кулона в общем виде имеет вид

(3.2)

Электрическое поле

Вокруг зарядов образуется электрическое поле– это особая форма материи, связывающая заряды в единой системе и передающая с конечной скоростью (в вакууме – это скорость света) действие одних зарядов на другие. Квантом взаимодействия являетсяфотон. Поле неподвижных зарядов называетсяэлектростатическим.

Силовой характеристикой электрического поля служит векторная величина -напряженность. Напряженность электрического поля в данной точке численно равна отношению силы, действующей со стороны поля на неподвижный положительный единичный зарядQ₀, помещенный в рассматриваемую точку поля, к этому заряду:

(3.3)

Направления векторов исовпадают. Из формулы (3.3) следует, что размерность напряженности

.

Как будет показано ниже, Н/Кл=В/м. Напряженность поля точечного зарядаQ(ишараилисферырадиусаRприr>R):

(3.4)

Принцип суперпозиции электрических полей

Если электрическое поле создается системой неподвижных зарядов Q₁,Q₂,Q₃, …Q_n, напряженность Е результирующего поля

,

здесь Е_i– напряженность поля, создаваемого зарядомQ_iв данной точке. Потенциал системы зарядов.

Графически электрическое поле изображается с помощью линий напряженности, которые проводят так, что касательные к ним в каждой точке совпадают по направлению с векторами напряженностив этих точках. Линии проводят с такой густотой, что число линий, пронизывающих единичную площадку, перпендикулярную им, равно численно напряженности поля в данной области.

Электрическое поле называется однородным, если во всех его точках напряженностьодинакова и по величине и по направлению. Линии векторатакого поля параллельны и отстоят друг от друга на равные расстояния. Примером однородного поля является поле внутри заряженного плоского конденсатора (см. рис. 3.6).

На рис. 3.1. изображена картина силовых линий поля электрического диполя– совокупности двух разноименных равных точечных зарядов.

Рис.3.1

Дипольхарактеризуется электрическим моментом

,

где - плечо диполя.