1. Взаимодействие тел

В основе всех физических явлений лежит взаимодействие между телами или частицами, участвующими в этих явлениях. Так, в механике рассматривались силы тяготения, упругости, трения. Из них лишь закон тяготения является фундаментальным - он справедлив во всех случаях, независимо от строения тел и условий, где они находятся. Законы же для сил трения и упругости не являются фундаментальными. В формулы, отражающие эти законы, входят опытные коэффициенты, и сами формулы применимы не всегда. Трение и упругость проявляются как усреднение большого числа взаимодействий между атомами и молекулами. Такое взаимодействие не имеет гравитационной природы, т.к. тела сопротивляются не только растяжению, но и сжатию - между частицами тела может возникать не только притяжение, но и отталкивание, а это есть проявление нового, типа взаимодействия - электромагнитного.

Электромагнитное взаимодействие - фундаментальное взаимодействие, в котором участвуют частицы, имеющие электрический заряд. Это взаимодействие обуславливает существование атомов, молекул, является причиной действия сил между атомами и молекулами газов, жидкости и твердых тел. По силе электромагнитное взаимодействие значительно превосходит гравитационное.

2. Электрический заряд

Электрический заряд есть физическая величина, выражающая свойство частиц вступать в электромагнитное взаимодействие. Опытные данные о зарядах сводятся к следующему:

1. Заряды бывают двух типов. Одни из них условились называть положительными, другие - отрицательными.

2. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные - притягиваются.

3. В природе существует наименьшим возможный заряд - элементарный заряд ( ). Носителем этих за рядов являются элементарные частицы: электроны ( ) и протоны ( ***) . Заряд других частиц может быть только кратным элементарному: , где

4. Тела, не участвующие в электрическом взаимодействии, называются нейтральными. У таких тел число положительных зарядов равно числу отрицательных.

5. Полный заряд изолированной системы остается постоянным. Это есть фундаментальный закон сохранения электрического заряда.

3. Закон Кулона

Основным фундаментальным законом электрических сил является закон Кулона (1785 г.). В результате опытов было установлено, что величина силы взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами и , находящимися на расстоянии друг от друга, равна:

(13.1)

где - коэффициент, зависящий от выбора системы единиц.

Из опытов было также установлено, что сила взаимодействия направлена по прямой, соединяющей заряды. В векторном виде закон запишется так:

(13.2)

где - вектор, проведенный от к , сила, действующая на .

Закон Кулона автоматически учитывает и знак заряда (Рис.13.1.)

4. Единицы заряда.

В системе СГС полагают и на основании основных единиц (см, г, с) находят единицу заряда - абсолютную электростатическую единицу 1 СГС - заряд, который взаимодействует в вакууме с равным ему на расстоянии 1 см с силой в 1 дн. Его размерность . В СИ одной из основных единиц является единица силы тока 1 ампер (1А), а единица заряда является производной - 1 кулон (1 Кл). 1 Кл - заряд, проходящий по проводнику за 1 с при токе 1 А( ). 1 Кл очень большая единица. Опыт показывает, что 1 Кл = . Заряд элементарных частиц равен Кл. Поэтому в СИ и является размерной величиной. Вычисления дают Н/м²Кл. Принято законы электромагнетизма в СИ записывать в рационализированной форме, для чего принимают в виде: