
Билет № 7 вопрос № 1 взаимодействие точечных зарядов. Закон кулона.
План ответа:
1. Электрическое поле.
2. Закон Кулона.
3. Напряжённость электростатического поля.
4. Потенциал и разность потенциалов электростатического поля.
1. Электрическое поле.
Ещё древнегреческие учёные заметили, что янтарь (окаменевшая смола хвойных деревьев) при натирании его шерстью начинает притягивать к себе различные тела. По-гречески янтарь – электрон, отсюда произошло название «электричество».
Про тело, которое после натирания притягивает к себе другие тела, говорят, что оно наэлектризовано или, что телу сообщён электрический заряд.
Электризоваться могут тела, сделанные из разных веществ.
Электризация тел происходит при соприкосновении и последующем разделении тел (трут тела друг о друга лишь для того, чтобы увеличить площадь их соприкосновения). Все наэлектризованные тела оказывают воздействие на другие тела, которые могут быть как наэлектризованными, так и электрически нейтральными. Это воздействие проявляется как в их взаимном притяжении, так и отталкивании, что позволило сделать вывод о существовании двух родов электрического заряда, которым условно приписаны знаки: положительные и отрицательные.
Даже не смотря на то, что в 1785 году французский учёный Шарль Кулон экспериментально установил закон взаимодействия неподвижных электрических зарядов (о котором пойдёт речь ниже), оставался нерешённым вопрос: как осуществляется это взаимодействие.
Ответ на данный вопрос был дан английским учёным Фарадеем. Согласно его теории каждый электрический заряд в пространстве вокруг себя создаёт электрическое поле, которое с некоторой силой действует на другой заряд, который находится в этом поле, а в свою очередь электрическое поле, созданное вторым зарядом, действует на первый.
Теория Фарадея в дальнейшем была развита английским учёным Максвеллом.
Согласно теории Фарадея и Максвелла пространство, окружающее наэлектризованное тело, отличается от пространства, находящегося вокруг не наэлектризованных тел. В пространстве, вокруг электрического заряда, существует электрическое поле.
Электрическим полем называют особый вид материи, посредством которого происходит взаимодействие электрических зарядов, т.е. поле играет роль передатчика взаимодействий между заряженными телами.
Свойства электрического поля:
- является материальным (обладает энергией);
- порождается электрическим зарядом;
- обнаруживается по действию на заряд, который в него вносится.
Поле, создаваемое неподвижными электрическими зарядами, называется электростатическим.
Любое электростатическое поле характеризуется двумя физическими величинами: векторной силовой характеристикой - напряжённостью Е и скалярной энергетической характеристикой - потенциалом электростатического поля φ.
2. Закон Кулона.
Основным законом электростатики является закон взаимодействия двух неподвижных заряженных тел, который был экспериментально установлен в 1785 году французским физиком Шарлем Кулоном и носит его имя.
Согласно закону Кулона сила, с которой взаимодействуют два точечных заряда, прямо пропорциональна величинам зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль линии, соединяющей эти заряды:
(1),
где q1 и q2 — величины взаимодействующих точечных зарядов,
r — расстояние между ними,
k
- коэффициент
пропорциональности (
),
который показывает, с какой силой
взаимодействуют два неподвижных точечных
заряда в 1 Кл, находящиеся на расстоянии
1 м друг от друга в вакууме.
Формула (1)
определяет модули сил, с которыми
взаимодействуют заряды. Силы направлены
по прямой линии, соединяющей заряды.
Заряд q1
действует
на заряд q2
с силой
F12,
а заряд
q2
действует
на заряд q1
с силой F21
(см. рис
7).
В соответствии с третьим законом Ньютона
.
Если заряды
одноименные, то действующие на них
силы направлены в противоположные
стороны (рис.1, а).
Если же
заряды разноименные, то действующие
на них силы направлены на встречу друг
другу (рис.1, б).
Рис. 1 Силы взаимодействия между зарядами
а – одноимёнными; б - разноимённыеми
На этом, в принципе, ответ на экзамене заканчивается.
Однако получить дополнительные вопросы вы можете по основным характеристикам электрического поля, поэтому предлагаю Вам продолжить изучение вопросов изложенных мелким шрифтом на желтом фоне.