1.2 Закон Кулона

Закон взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов экспериментально был открыт французским физиком Ш. Кулоном в 1785 г. Точечный заряд, как и материальная точка, является физической а

Рисунок 1.1- Силы куло­нов­ского взаимодей­ст­вия зарядов.

бстракцией. Если линейные размеры заряженного тела пренебрежимо малы по сравнению с рас­стоянием до других заряженных тел, то его можно считать точечным.

Закон Кулона: сила электростатического взаимодействия двух точечных зарядов q₁ и q₂ в вакууме прямо пропорциональна произведению этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними.

Кулон установил, что силы данной природы - центральные, т.е. они направлены вдоль прямой, соединяющей взаимодействующие заряды. Согласно третьему закону Ньютона силы направлены в противоположные стороны и равны по величине F₁₂= F_21. Если заряды q₁ и q₂ одноименные по знаку, то силы отталкивают заряды; если они разноименные, то заряды притягиваются (рис.1.1). Если заряды поместить в среду (керосин, масло), то эта сила уменьшится в  раз. Она называется относительной диэлектрической проницаемостью среды, 0. Для воздуха и вакуума =1. В системе единиц СИ закон Кулона записывается для модуля силы Кулона и для вектора силы , где ₀=8.8510^-12 Кл²/(Нм²) называется электрической постоянной.

1. 3 Электростатическое поле и его напряженность

Электрические заряды, находясь, даже на большом расстоянии друг от друга, взаимодействуют между собой. Такое взаимодействие может осущест­вляться только посредством поля, в данном случае - электрического. Каждое заряженное тело окружено таким полем. Если заряженное тело неподвижно, то окружающее его поле называется электростатическим.

Пусть в некоторой точке поля, созданного зарядом q, находится малый точечный положительный заряд q₀ - так называемый «пробный заряд». Пробный заряд должен быть малым, чтобы его собственное поле не искажало поле заряда q. На заряд q₀ будет действовать сила F, пропорциональная величине заряда q₀. Сила F не может быть характеристикой поля в данной точке, поскольку она зависит от величины самого заряда и меняется при изменении заряда. Поэтому силовой характеристикой поля для данной точки является отношение F/q₀, которое называется напряженностью электрического поля . Вектор численно равен силе, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля и направлен в сторону действия силы . Так как, согласно закону Кулона , то для поля одиночного заряда q получим или в векторной форме , где - радиус-вектор, соединяющий q с q₀. Единицей напряженности электрического поля является 1Н/Кл или, как будет показано далее, 1В/м (Вольт на метр).

Силовое воздействие электростатического поля на заряженные частицы широко применяется в различных технологических процессах. В горной, газовой и других отраслях промышленности широко применяется электросепарирование - разделение твердых или жидких смесей в элек­тростатическом поле.

1.4 Графическое изображение электростатических полей

Изображение электростатического поля с помощью векторов напряженности в различ­ных точках поля является очень неудобным, так как картина получается весьма запутанной. Фарадей предложил более простой и наглядный метод изображения электростатического поля с помощью линий напряженностей или силовых линий. Силовыми линиями называются кривые, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности поля (рис.1.2). Направление силовой линии совпадает с направлением . Силовые линии начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных. Силовые линии не пересекаются, так как в каждой точке поля вектор имеет лишь одно направление. Электростатическое поле считается однородным, если напряженность во всех его точках одинакова по величине и направлению. Силовыми линиями такого поля являются прямые, параллельные вектору напряженности.

Рисунок 1.3 - Линии напряженности точечных зарядов: а - поло­жительного,

б - отрицатель­ного.

Силовые линии поля точечных зарядов - радиальные прямые, выходящие из заряда и уходящие в бесконечность, если он положителен (рис.1.3а). Если заряд отрицателен, направление силовых линий оказы­вается обратным: они начинаются в бесконечности и оканчиваются на заряде -q (рис.1.3б). Поле точечных зарядов обладает центральной симметрией.