Кафедра Физики

Учебно-методический комплекс по дисциплине

Физика

Часть I I

Электричество и магнетизм

Ростов – на -Дону 2010г.

Часть I I. Электричество и магнетизм

(36 часов)

2 семестр

Лекция 1 (2 часа)

Электростатика.

(Электрический заряд и его свойства. Элементарный заряд. Закон сохра­нения заряда. Взаимодействие электричес­ких зарядов. Закон Кулона. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Силовые линии. Принцип суперпозиции электростатичес­ких полей. Поток вектора напряженности. Теорема Гаусса и ее применение к вычислению напряженности полей. Линейная, поверхностная и объемная плотность электрического заряда.)

Электрическое поле в вакууме Электрический заряд, атомистичность заряда, элементарный заряд

Все тела в природе способны электризоваться, т.е. приобретать электрический заряд. Причем заряды существуют двух знаков: условно называемые положительными и отрицательными.

Электрический заряд является неотъемлемым свойством некоторых элементарных частиц. Заряд всех элементарных частиц (если он не равен нулю) одинаков по абсолютной величине. Его называют элементарным зарядом. Положительный элементарный заряд обозначают +е, отрицательный – -е.

К числу элементарных частиц принадлежат, в частности, электрон (несущий отрицательный заряд -е), протон (несущий положительный заряд +е) и нейтрон (заряд которого равен нулю). Из этих частиц построены атомы и молекулы любого вещества, поэтому электрические заряды входят в состав всех тел. Обычно частицы, несущие заряды разных знаков, присутствуют в равных количествах и распределены в теле с одинаковой плотностью. В этом случае алгебраическая сумма зарядов в любом элементарном объёме тела равна нулю, и каждый такой объём (и тело в целом) будет нейтральным. По ряду причин от атома могут отрываться, наименее прочно связанные с ядром, электроны и присоединяться к другим атомам. Атомы, лишившиеся электронов, называются положительными ионами. Наоборот, атомы, присоединившие к себе лишние электроны, называются отрицательными ионами. Если, например, потереть стеклянную палочку о бумагу, то атомы стекла потеряют электроны и палочка зарядится положительно, бумага - отрицательно.

Поскольку всякий заряд q образуется совокупностью элементарных зарядов, он является целым кратным е:

(1.1)

Однако электрический заряд настолько мал, что возможную величину макроскопических зарядов можно считать изменяющейся непрерывно.

Если физическая величина может принимать только определённые дискретные значения, говорят, что эта величина квантуется. Факт, выражаемый формулой (1.1), означает, что электрический заряд квантуется.

Величина заряда, измеряемая в различных инерциальных системах отсчёта, оказывается одинаковой. Следовательно, электрический заряд является релятивистки инвариантным. Отсюда вытекает, что величина заряда не зависит от того, движется этот заряд или покоится.

В СИ электрический заряд измеряют в кулонах (Кл). Однако, несмотря на то, что первое понятие в электричестве, с которым мы встретились ‑ это заряд, единица измерения заряда ‑ Кулон (Кл) ‑ в СИ не является основной. Четвертой основной единицей в СИ (наряду с метром, килограммом и секундой) является единица силы тока ‑ 1 Ампер (А). При этом 1 Кл ‑ это такое количество электричества, которое протекает через поперечное сечение проводника за 1 секунду, при силе тока в 1 Ампер ‑ .

Сравнительно недавно была высказана гипотеза о существовании в природе частиц с зарядом, равным 1/3 элементарного, так называемых кварков. Предполагают, что из кварков состоят протоны, нейтроны и другие, относительно тяжелые частицы. Однако, обнаружить кварки экспериментально пока не удалось.