Вопросы по пятой главе:

1. Сформулируйте закон Кулона.

2. Как определить силу, действующую на заряд q_N со стороны нескольких зарядов?

3. Что такое напряженность электрического поля?

4. Что такое потенциал электростатического поля?

5. Что такое силовая линия электростатического поля?

6. Что такое поток силовых линий?

7. Что такое эквипотенциальная поверхность (эквипотенциаль)?

8. Сформулируйте теорему Гаусса–Остроградского.

9. Чему равны напряженность и разность потенциалов поля сферического заряда?

10. Чему равны напряженность и разность потенциалов поля заряженной прямой линии?

11. Чему равна напряженность электростатического поля заряженной плоскости?

12. Чему равны напряженность и разность потенциалов поля плоского конденсатора?

13. Что такое ёмкость конденсатора?

14. Чему равна ёмкость плоского конденсатора?

15. Что такое диполь?

16. Почему уменьшается сила электростатического взаимодействия в диэлектрике по сравнению с вакуумом?

17. Что такое диэлектрическая проницаемость?

18. Что такое электростатическая индукция?

19. Как и почему формулируется теорема Гаусса–Остроградского для разнородной среды?

20. Чему равна энергия электростатического поля конденсатора?

21. Чему равна удельная энергия электростатического поля?

Глава шестая. Магнетизм

6.1. Взаимодействие движущихся зарядов и проводников с токами

Если два заряда и движутся со скоростью и , то помимо сил и , обусловленных законом Кулона, между ними возникает еще одна пара сил и , определяемых соотношением Лоренца:

(6.1)

где константа, именуемая проницаемостью вакуума, а произведения, стоящие в скобках, - векторные (см. § 2.6), все остальные величины указаны на рисунке 6.1. Сила , с которой заряд q₁ действует на движущийся заряд q₂, вычисляется по формуле, отличающейся от (6.1) перестановкой индексов 1 и 2 (вектор ).

Рис. 6.1. Векторное изображение силы Лоренца:

а – в общем случае; б – при одинаковой скорости зарядов

Соотношение (6.1) является обобщением многочисленных физических экспериментов. Более того, силы Лоренца используются в современных технологиях,например при определении содержания изопов в масс-спектрометрах.

Масс-спектрометр представляет собой вакуумную камеру, заключенную однородное магнитное поле (рис. 6,2). В камеру через отверстие влетают предварительно разогнаны до определенной скорости ядра какого –либо элемента (например, углерода С, урана U или неона Ne) и их изотопы. В камере эти заряженные частицы под действием сил Лоренца двигаются по окружности, радиус которой пропорционален массе каждой из них.

Таким образом, удается определить процентное содержание изотопов (вариаций элементов, обладающих теми же химическими свойствами, но другой плотностью, нежели основной элемент).

Следует отметить, что исторически магнитное поле было обнаружено сначала как свойство ферромагнитных материалов, а затем – электрических токов. Токи возникают в проводниках при приложении к ним электрического поля.

Как было сказано ранее, проводником именуется среда, в которой возможно свободное движение электрических зарядов. Чаще всего в качестве такой среды выступают металлические предметы. В них имеется большое количество свободных (валентных) электронов, не связанных непосредственно с конкретными атомами. При этом сумма зарядов электронов равна сумме зарядов покинутых ими атомов (разумеется, только по абсолютной величине), но с противоположными знаками.

Рис. 6.2. Схема масс-спектрометра с круговыми траекториями влетевших в него заряженных частиц (ядер)

При помещении проводника во внешнее электрическое поле электроны начнут двигаться в сторону, противоположную направлению - рис. 6.3, а.

Рис. 6.3. К определению магнитного поля тока: а – модель проводника