2-й семестр

Лекція 19.

1. Электростатическое поле в вакууме

1.1 Дискретность электрического заряда. Закон сохранения электрического заряда

Источником электромагнитного поля служит электрический заряд – внутренняя характеристика элементарной частицы, определяющая ее способность вступать в электромагнитные взаимодействия. Различают два вида электрических зарядов – положительный и отрицательный. Электрический заряд дискретен – заряд любого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда e=1,610^-19 Кл. По знаку заряда все элементарные частицы можно разделить на два класса: отрицательно заряженные (например, электрон) и положительно заряженные (протон, позитрон и др.). Один из фундаментальных строгих законов природы – закон сохранения электрического заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой (электрически изолированной) системы остается постоянной, какие бы процессы ни происходили внутри этой системы.

1.2 Закон Кулона. Напряженность электрического поля

Взаимодействие между неподвижными электрическими зарядами осуществляется посредством электрического поля. Представление об электрическом поле было введено в 30-х годах XIX в. английским физиком М. Фарадеем. Согласно Фарадею каждый покоящийся заряд создает вокруг себя электрическое поле; поле одного заряда действует на другой заряд, и наоборот, – так осуществляется взаимодействие между зарядами.

Сила взаимодействия между двумя точечными неподвижными зарядами определяется законом Кулона: два точечных неподвижных заряда взаимодействуют друг с другом с силой, пропорциональной произведению зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними:

,

(1.1)

где k - постоянная, зависящая от выбора системы единиц. Сила Кулона направлена по линии, соединяющей заряды. По третьему закону Ньютона кулоновские силы приложены к разным зарядам и направлены либо навстречу друг другу (если заряды разноименные), либо в противоположные стороны (если заряды одинакового знака). В СИ постоянная , где ₀ - электрическая постоянная СИ, ₀=8,8510^-12 Кл²/(Нм²).

Таким образом, для зарядов, расположенных в вакууме, закон Кулона имеет вид

.

(1.2)

Электрический заряд в СИ измеряется в кулонах. Один кулон - это такой заряд, который протекает через поперечное сечение проводника за 1с при неизменной силе тока, равной 1А.

Силовой характеристикой электрического поля является напряженность – векторная величина, модуль которой равен силе, действующей со стороны электростатического поля на единичный заряд; а направление совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд

(1.3)

Поскольку сила, действующая на заряд, помещенный в среду с диэлектрической проницаемостью , уменьшается в  раз, то при переходе из вакуума в среду напряженность поля также уменьшается в  раз:

,

(1.4)

где Е_с – напряженность электростатического поля в среде.

Если электростатическое поле создается несколькими зарядами, то в соответствии с принципом суперпозиции суммарная напряженность поля в некоторой точке определяется как векторная сумма напряженностей, создаваемых в этой точке отдельными зарядами:

(1.5)