ТЕМА № 10 (4лц+4пр+8ср)
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ
1. Общие понятия
Взаимодействие между электрическими заряженными частицами или телами, движущиеся произвольным образом относительно инерциальной системы отсчета, осуществляется посредством электромагнитного поля, которое представляет собой совокупности двух взаимосвязанных полей: электрического и магнитного.
Характерная особенность электрического поля, отличающая его от других физических полей, состоит в том, что оно действует на электрический заряд (заряженную частицу или тело) с силой, которая не зависит от скорости движения заряда.
Характерная особенность магнитного поля состоит в том, что оно действует на движущиеся электрические заряды с силами, пропорциональными скоростям зарядов и направленными перпендикулярно этим скоростям.
Поэтому обнаружить электрическое поле удобно по его силовому действию на помещенный в нем неподвижный электрический заряд.
Электрическое поле неподвижных электрических зарядов, осуществляется взаимодействие между ними, называется электростатическим полем. Силы, действующие на заряды (заряженные частицы) со стороны электростатического поля, называются электростатическими силами.
Раздел классической физики, в котором изучаются законы электростатического поля называется электродинамикой. Соответственно теория электростатического поля неподвижных электрических зарядов рассматривается в разделе электродинамики, называемом электростатикой.
2. Электрический заряд
Способность тел или частиц к электромагнитным взаимодействиям характеризуется электрическим зарядом.
Единица 1 Кл=1 А∙с
1 Кл (кулон) - электрический заряд, прошедший через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А за время 1 с.
Элементарный заряд
q = 1.6∙10-19 Кл
Носитель элементарного отрицательного заряда ― электрон (me=9.11∙10-31 кг).
Носитель элементарного положительного заряда ― протон (mp=1.67∙10-27 кг).
Свойства электрического заряда
1) заряд существует в двух видах: положительный и отрицательный. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные - притягиваются.
2)электрический заряд инвариантен (его величина не зависит от системы отсчета, т.е. не зависит от того, движется он или покоиться );
3)электрический заряд дискретен, т.е. заряд любого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда q;
4)электрический заряд аддитивен (заряд любой системы тел (частиц) равен сумме зарядов тел (частиц), входящих в систему)
Закон сохранения заряда
Система, не обменивающаяся зарядами с внешними телами, называется замкнутой системой.
В системе могут образоваться новые электрически заряженные частицы, например электроны и ионы вследствие ионизации. Однако в сумме заряд системы остается постоянным (в данном случае равен нулю). Во всех случаях выполняется следующий фундаментальный закон физики ― закон сохранения электрического заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы остается неизменной при любых процессах, происходящих в данной системе.
3. Закон кулона
Силы взаимодействия неподвижных электрических зарядов подчиняются основному закону электростатического взаимодействия, который был экспериментально установлен Ш.Кулон (1785) с помощью крутильных весов.
Поэтому силы электрического взаимодействия часто называют кулоновскими силами.
Закон Кулона утверждает, что сила электростатического взаимодействия двух точечных электрических зарядов, находящихся в вакууме, прямо пропорционально произведению этих зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами и направлена вдоль прямой, соединяющей эти заряды.
,
где
- единичный вектор, k
- коэффициент пропорциональности,
который зависит от выбора системы
единиц,
Системы единиц
В СИ принимается, что k - величина размерная и равная
,
где
- новый коэффициент пропорциональности,
подлежащий определению из экспериментальных
данных и называемый электрической
постоянной,
а множитель
при
введен для записи закона Кулона в
рационализованной
форме:
Как показали эксперименты
Если заряд находится в однородной и изотропной среде, то кулоновская сила
Безразмерная
величина
ε, показывающая
во сколько раз сила взаимодействия F
между зарядами в данной среде меньше
их силы взаимодействия
в вакууме : ε
=
,
называется диэлектрической
проницаемостью среды.
В системе единиц СГС (гауссовой) коэффициент k полагают безразмерным и равным единице:
k = 1
Соответственно закон Кулона записывается в форме
