Лекция №2

2. Заряд и поле. Закон Кулона. Напряженность поля

2.1. Понятие электрического заряда и его свойства.

2.2. Закон Кулона.

2.3. Электрическое поле и его характеристики.

2.1. Понятие электрического заряда и его свойства

Во многих науках существуют базовые понятия, которым нельзя дать определения, но можно описать их свойства. В геометрии таким понятием является точка, в электродинамике - заряд.

Электрический заряд, источник электромагнитного поля, связанный с материальным носителем; внутренняя характеристика элементарной частицы, определяющая ее электромагнитное взаимодействие. Вся совокупность электрических и магнитных явлений есть проявление существования, движения и взаимодействия электрического заряда.

Рассмотрим ряд опытов, иллюстрирующих основные свойства заряженных тел.

Опыт №1. Опыт с гильзами.

Цель: выяснить, как ведут себя одноименные и разноименные заряды при взаимодействии.

Оборудование:

1. Станиолевые гильзы на нитях.

2. Два штатива.

3. Стеклянная и эбонитовая палочки.

4. Шелк, шерсть.

Рис. 2.1. Демонстрация опыта.

Ход работы.

1.Заряженную о мех палочку из органического стекла подносят к станиолевой гильзе электрического маятника: гильза сначала притягивается к палочке, но, коснувшись последней, отскакивает и удерживается на некотором расстоянии от неё. Опыт показывает, что во время соприкосновения часть заряда с палочки переходит на гильзу, после чего возникает взаимодействие двух заряженных тел, которое проявляется во взаимном отталкивании.

2.Тем же способом заряжают второй маятник и показывают их взаимное отталкивание, сдвигая штативы маятников и сближая точки подвеса нитей.

3.После этого один из маятников заряжают палочкой из органического стекла, а другой - из эбонита.

4.Сближают маятники, не давая им соприкасаться, и наблюдают притяжение.

5.Раздвинув маятники, подносят поочередно: то к одному, то к другому маятнику заряженную палочку и наблюдают в одном случае притяжение, а в другом - отталкивание.

При проведении опытов обращают внимание на то, что силы взаимодействия между заряженными гильзами или между гильзой и палочкой увеличиваются с уменьшением расстояния между ними.

Вывод: одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются.

Опыт №2. Опыт с деревянной линейкой.

Цель: пронаблюдать электризацию через влияние.

Оборудование:

1. Штатив изолирующий с легко вращающейся насадкой.

2. Стеклянная и эбонитовая палочки.

3. Шелк, шерсть.

4. Деревянная линейка.

Рис. 2.2. Взаимодействие наэлектризованного предмета с линейкой.

Ход работы:

1.Наэлектризованную эбонитовую палочку или палочку из органического стекла подносят к деревянной рейке. Рейку помещают в углубление самодельной легко вращающейся насадки, установленной на острие в изолирующем штативе.

2.Наблюдают притяжение рейки к палочке.

3.Затем заменяют рейку пластмассовой линейкой, металлической трубкой и показывают их притяжение к различным наэлектризованным палочкам: эбонитовой, стеклянной.

Вывод: наблюдается электризация через влияние (на расстоянии).

Положительные и отрицательные заряды внутри линейки перераспределяются и она ведет себя как заряженное тело, хотя количество зарядов того и другого знака в ней одинаково.

Таким образом, можно сказать, какое-либо тело имеет электрический заряд либо при нарушении баланса между положительно и отрицательно заряженными частицами в нем, либо при их неравномерном распределении по объему тела.

Свойства заряда:

Биполярность. Существует два рода зарядов, условно называемых положительными "+" и отрицательными "–". Причем одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются.

Дискретность (дробление или прерывистость). Заряд любого тела является кратным некоторой величине, а именно элементарному заряду электрона ( Кл). и

(1)

Данное представление о заряде просуществовало до шестидесятых годов, когда появилась теория кварков - частиц с дробными зарядами.

Закон сохранения заряда. Алгебраическая сумма зарядов в изолированной системе (изолированная система включает все взаимодействующие тела) есть величина постоянная.

(2)