Электромагнетизм Введение

В основе всех физических явлений лежит взаимодействие между телами или частицами. Одним из важнейших является электромагнитное взаимодействие, которое ответственно за большинство явлений повседневной жизни. Силы трения, упругости, мускульные силы и т.д. – все это электромагнитные эффекты. Кроме того, эти взаимодействия обеспечивают силы, благодаря которым электроны удерживаются у ядер, что приводит к образованию устойчивых атомов и молекул.

Необходимо отметить, что электричество и магнетизм не являются отдельными независимыми явлениями. Во всех случаях речь идет процессах имеющих единую электромагнитную природу, проявление которых существенным образом зависит от системы отсчета. Так неподвижные заряды относительно одного наблюдателя являются движущимися относительно другого.

При изучении, вся совокупность электромагнитных явлений условно разделена на три части. В первой (электростатика) рассматриваются закономерности присущие неподвижным зарядам. Во второй (законы постоянного тока, магнетизм) анализируются явления, которые вызваны зарядами движущиеся с постоянной скоростью. Наконец в третьей части (электромагнитные колебания и волны) рассматриваются процессы, которые обусловлены зарядами, движущимися с ускорением.

Раздел I. Электростатика Глава I. Электрическое поле в вакууме §1.1. Электрические заряды

Первые представления об электрических зарядах возникли еще в Др. Греции, когда было обнаружено явление электризации тел при их трении друг о друга. В настоящее время процесс электризации объясняется тем, что часть электронов с одного тела переходит на другое. В результате тело с избытком электронов заряжается отрицательно (заряд электрона отрицательный), а тело с недостатком электронов – положительно. Если заряженные таким образом тела привести в соприкосновение, то оба тела вновь станут электрически нейтральными.

Условно принято считать, что заряд, возникающий на стекле, потёртом о сукно – положительный, а на янтаре (эбоните) – отрицательный.

Экспериментально установлено, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. Силы взаимодействия, в соответствии с третьим законом Ньютона, направлены вдоль линии соединяющей заряды, равны по величине и противоположно направлены.

Рис.1.1.Закон Кулона

Единицей измерения зарядов является кулон (Кл) ‑ электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за 1с при силе тока 1А.

Экспериментально установлено (Милликен – 1890г.), что в природе существует наименьший электрический заряд

Кл,

носителями которого являются элементарные частицы электрон (отрицательный) и протон (положительный).

Любой электрический заряд дискретен, т.е. заряд любого тела составляет целое кратное элементарному электрическому заряду:

q=Ne, где N – целое число.

Заряды ни откуда не берутся и никуда не исчезают, что выражается законом сохранения зарядов: алгебраическая сумма электрических зарядов в любой замкнутой системы остается неизменной, какие бы процессы не проходили внутри данной системы.

Модели заряженных тел.

1. Точечный заряд – заряженное тело, размерами которого можно пренебречь.

2. Пространственно распределенный заряд:

а) линейный заряд – заряд, распределенный вдоль тонкой нити. Описывается линейной плотностью заряда:

, (1.1)