20

Электростатические явления. Полевая трактовка закона Кулона. Электрический заряд

Тела, способные подобно янтарю, после натирания притягивать легкие предметы, Джильберт назвал наэлектризованными. Тогда мы говорим, что на телах в таком состоянии имеются электрические заряды, а сами эти тела называем заряженными.

В некоторых телах электрические заряды могут свободно перемещаться между различными частями тела, в других же телах это не имеет места. Тела Ι рода называют проводниками, ΙΙ рода – изоляторами и диэлектриками.

Начало количественного изучения электрических явлений относится к концу XVΙΙΙ вв., когда Кулон устанавливал на опыте закон взаимодействия электрических зарядов. Закон имеет место только для точечных зарядов, подтверждает точечный заряд протяженное заряженное тело, размеры которого весомо малы по сравнению с расстоянием от других зарядов.

Сила взаимодействия двух точечных зарядов направлена вдоль линии, соединяющей оба заряда и их квадратуры расстояния между зарядами:

,

К зависит от выбора системы единиц.

СИ: ,

; q₁=q₂=1; r=1; F=1

Абсолютная электростатическая единица заряда есть такой заряд, который действует в вакууме на равный ему заряд, удаленный на расстояние 1 см, с силой в 1 дину.

1 СГСЭ – ед. заряда = 1 · сек^-1; 1 Н = 10⁵ дн; 1 к = 1 а·сек = 3·10⁹ СГСЕ

Найдем в СИ.

q₁=q₂=1 к = 3·10⁹ СГСЕ; r = 1м=10² см

; ед. СИ.

Инвариантность заряда

значение зарядов

Атом нейтрален е

Независимость числового значения элементарного заряда е=1,6·10^-19Кл от скорости доказывается фактором нейтральности атомов из-за различия масс протонов и электронов, можно заключить, что электроны движутся быстрее протонов. Если бы заряд зависел от , нейтральность в атомах не могла бы соблюдаться.

Например, электроны в атоме гелия движутся в 2 раза быстрее, чем в молекуле водорода доказано с большей точностью. Можно заключить, что с той же точностью заряд не зависит от вплоть до скоростей электронов в атоме гелия. В атоме гелия скорость электронов равна . В более тяжелых атомах, нейтральность которых доказана, электроны движутся во внутренних оболочках со скоростями равными волне скорости света. Тем самым экспериментами доказано, что элементарный заряд инвариантен вплоть до скорости 0,5 с. Нет оснований предполагать, что он не инвариантен при более высших скоростях.

Поэтому инвариантность электрического заряда принимается в качестве одного из экспериментальных оснований теории электричества.

Электрическое поле. Напряженность электрического поля

Опыт показывает, что действие наэлектризованных тел передается через пространство. Можно предположить, что это действие передается мгновенно на любые расстояния. Таково было старое воззрение (до Фарадея и Максвелла), которое приписывало электрическим и магнитным силам способность проявляться мгновенно на любых расстояниях; это воззрение получило название принципа дальнодействия. Согласно опыту теории, передача действия одних материальных объектов на другие происходит без участия сред, заполняющих пространство, а поэтому взаимодействие тел представляется оторванным от пространства и времени. Современной теорией электрических (и магнитных) сил является теория близкодействия. Согласно этой теории, всякое действие распространяется в пространстве от точки к точке с конечной скоростью. Если одно заряженное тело притягивает другое, то это действие будет конечным результатом сложных процессов, происходящих в пространстве между зарядами.

Электрические заряды вносят определенные изменения в окружающее пространство, проявляющееся в том, что на другие, внесенные заряды в пространство, действуют электрические силы. Если в пространстве обнаруживается действие сил на электрические заряды, то говорят, что в нем существует электрическое поле. Поле также реально, как вещество. Также, как и вещество, является одним из видов материи, которой присуща масса и определенная энергия.

; 1 ед. напряженности СИ =

За единицу напряженности в СИ принимается напряженность в такой точке поля, в которой на заряд в 1к действует сила в 1н.