ЭЛЕКТРОСТАТИКА

ЧАСТЬ 3

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

Глава 11

ЭЛЕКТРОСТАТИКА

изучает свойства и взаимодействия неподвижных заряженных тел или частиц и их полей.

11.1. Закон сохранения электрического заряда

• Электрический заряд — q, Кл (кулон) – определяет взаимодействие заряженных тел. Электрические заряды бывают положительные и отрицательные. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются. Наименьшие (элементарные) заряды Кл имеют электрон (–) и протон (+).

• Закон сохранения электрического заряда: в замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов не меняется

, где n — число зарядов.

11.2. Закон Кулона

• Определяет силу F_КЛ (силу Кулона) взаимодействия двух точечных зарядов q₁, q₂, находящихся на расстоянии r друг от друга в жидком или газообразном диэлектрике (рис. 11.1).

, ,

где — сила, действующая со стороны первого заряда на второй, — сила, действующая со стороны второго заряда на первый;

— коэффициент СИ;

— электрическая постоянная в СИ;

— единичные вектора, определяющие направление силы Кулона; точечный заряд — заряженная материальная точка.

 — диэлектрическая проницаемость среды — показывает, во сколько раз сила взаимодействия зарядов в вакууме больше, чем в данном диэлектрике ( ). Для вакуума (воздуха) 

1Электрическое поле. Напряженность и индукция поля

• Электрическое поле — материальная субстанция, окружающая заряды и передающая взаимодействие между ними. Электростатическое поле — поле неподвижных зарядов.

• Напряженность электрического поля , Н/Кл = В/м — векторная, силовая характеристика поля. Она численно равна силе, с которой поле действует на единичный положительный точечный (пробный заряд), помещенный в исследуемую точку поля:

.

Зная напряженность, легко определить силу, действующую на заряд: .

• Напряженность электрического поля точечного заряда

На пробный заряд q₀ по закону Кулона действует сила: , где q — заряд, создающий поле. По определению,

.

Д ля положительного заряда напряженность направлена от заряда, для отрицательного — к заряду (рис. 11.2).

П

ринцип суперпозиции. Напряженность электрического поля двух (рис.11.3) и более (n) зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, создаваемых каждым зарядом:

.

• Напряженность поля диполя. Диполем называется система из двух близкорасположенных разноименных точечных зарядов одинаковой величины (рис. 11.4).

Вектор называется плечом диполя. Плечо направлено от отрицательного заряда к положительному.

Электрический момент диполя — совпадает по направлению с плечом диполя.

По принципу суперпозиции, напряженность поля диполя в т.

. Используя формулу напряженности поля точечного заряда, получаем

где , . Так как , то

• Силовые линии — линии, в каждой точке которых вектор напряженности направлен по касательной (рис. 11.7) (траектория пробного положительного заряда).

Положительный заряд — источник силовых линий (рис. 11.5), отрицательный — сток (рис. 11.6). Силовые линии начинаются и заканчиваются на зарядах (рис. 11.7). Поле плоского конденсатора однородно, то есть, напряженность поля во всех точках одинакова (рис.11.8).

• Вектор электростатической индукции , Кл/м² — вспомогательная силовая характеристика электрического поля, не зависящая от диэлектрических свойств среды: .

Например, вектор индукции поля точечного заряда равен

.