37. Взаємодія заряджених тіл. Закон Кулона

Взаємодія заряджених тіл. Електричне полеЗаряджені тіла можуть взаємодіяти на відстані, без дотику. Така взаємодія відбувається за допомогою матеріального посередника, що одержав назву електричного поля. Однойменно заряджені тіла відштовхуються, а різнойменно заряджені — притягаються одне до одного. Математичний опис електричної взаємодії тіл розглядається у 10 класі.Електричне поле — це особливий вид матерії, який існує навколо заряджених тіл і є посередником у їх взаємодії. Теоретична частина Дослідження кількісного закону взаємодії електризованих тіл розпочалося з експерименту, розробленого британським дослідником Генрі Кавендішем, по розподілу електричного заряду на поверхні порожнистої кулі. За умови, коли електричний заряд передавався кулі із внутрішньої частини, він повністю зосереджувався на її поверхні, у той час коли тіло, що передавало заряд повністю його втрачало. Згодом Д.Бернуллі та Генрі Кавендіш висловлюють точку зору про те, що, сила взаємодії має бути обернено пропорційною квадрату відстані між наелектризованими тілами. Лише при такій умові заряд міг рівномірно розподілитися по поверхні кулі в експерименті Кавендіша. Російський дослідник Франц Епінус висунув гіпотезу про те, що сила взаємодії наелектризованих тіл пропорційна добутку величин їх зарядів. Проте дослідне обґрунтування висунутих гіпотез, було отримано в класичному експерименті, проведеному французьким інженером Шарлем Огюстенем Кулоном 1785 року. Детально вивчивши закон, якому підпорядковувалася сила пружності закручених ниток, Кулон створив прилад – торсійні (крутильні) терези, за допомогою якого, він зміг точно вимірювати досить малі сили взаємодії. Терези складаються із двох порожніх скляних циліндрів, різного діаметра, що розміщені на спільній осі. Уздовж осі проходить пружна нитка, з одного боку, приєднана до рукоятки, якою можна було закручувати нитку, а із другої з’єднана з легким коромислом.Для дослідження сили електричної взаємодії, Кулон використав легкі провідні кульки. Одна з кульок знаходилась на коромислі, зрівноважена противагою, а інша розміщувалася нерухомо на однаковій висоті з першою. На початку експерименту, нерухомій кульці було надано деякий електричний заряд. Після притягання й доторку рухомої кульки, заряд порівну розподілявся між ними і кульки відштовхувались. Вимірюючи кут закручування нитки, Кулон вираховував силу взаємодії. Закручуючи рукояткою нитку, він установлює залежність сили взаємодії від відстані між кулькамиЗакон Кулона — один з основних законів електростатики, який визначає величину та напрямок сили взаємодії між двома нерухомими[1] точковими зарядами. Експериментально з задовільною точністю був вперше доведений Генрі Кавендішем у 1773, який використовував метод сферичного конденсатора, але його роботи не були опубліковані. В 1785 році закон був встановлений Шарлем Кулоном за допомогою спеціальних крутильних терезівЕлектростатична сила взаємодії F12 двох точкових нерухомих зарядів q1 та q2 у вакуумі прямо пропорційна добутку абсолютних значень зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані r12 між ними.у векторній формі:Сила взаємодії направлена вздовж прямої, що з'єднує заряди, причому однойменні заряди відштовхуються, а різнойменні притягуються. Сили, що визначаються законом Кулона адитивні.Коефіціент пропорційності k має назву електростатичної сталої та залежить від вибору одиниць виміру. Так в Міжнародній системі одиниць СІ k=1/(4πε0) ≈ 8,987742438·109 Н·м2·Кл-2, де - електрична стала. В системі СГСГ одиниця вимірювання заряду обрана таким чином, що k=1.Такі умови є необхідними для виконання сформульованого закону:Точковість зарядів — відстань між зарядженими тілами має бути набагато більшою від розмірів тіл.Нерухомість зарядів. У протилежному випадку потрібно враховувати магнітне поле заряду, що рухається.В однорідному ізотропному середовищі сила взаємодії між зарядами зменшується в ε разів: , де ε діелектрична проникність середовища.