Тема 1.1 Электрическое поле.
Электрическое поле — особый вид материи, существующий вокруг тел, обладающих электрическим зарядом, а также возникающее при изменении магнитного поля (в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может быть обнаружено благодаря его силовому воздействию на заряженные тела. Силовой характеристикой электрического поля является напряженность Е , измеряется в В/м. Напряженность каждой точки электрического поля характеризуется силой, с которой поле действует на единицу заряда, помещенного в эту точкую. и определяется по формуле:
q F E
где, Е – напряженность электрического поля, F – сила действующая на заряд, q – электрический заряд.
Электри́ческий заря́д — это физическая скалярная величина, определяющая способность тел быть источником электромагнитных полей и принимать участие в электромагнитном взаимодействии.
Единица измерения заряда в Международной системе единиц (СИ) — кулон [Кл] .
1Кл — электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1А за время 1с. Носителями электрического заряда являются электрически заряженные элементарные частицы- электрон (отрицательно заряженная частица) и протон (положительно заряженная частица. Закон сохранения электрического заряда гласит, что алгебраическая сумма зарядов электрически замкнутой системы сохраняется.
В зависимости от концентрации свободных зарядов тела делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники.
Проводники (металлы, соли) — это тела, в которых электрический заряд может перемещаться по всему его объему.
Диэлектрики (стекло, пластмассы) — тела, в которых практически отсутствуют свободные заряды.
Полупроводники (германий, кремний) занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.
1.2 Закон Кулона.
Взаимодействие неподвижных (в данной инерциальной системе отсчёта) зарядов называется электростатическим. Раздел электродинамики, в котором изучается взаимодействие неподвижных зарядов, называется электростатикой. Точечный заряд — это заряженные тела, размеры которых пренебрежимо малы по сравнению с расстояниями между ними Основной закон электростатики — это закон Кулона.
Закон Кулона. Сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов
в вакууме прямо пропорциональна произведению абсолютных величин зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Для кулоновской силы справедлив третий закон Ньютона: заряды действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению. В качестве примера на рис. 1 показаны силы F1 и F2, с которыми взаимодействуют два отрицательных заряда.
Рис. 1. Кулоновская сила
Если заряды, равные по модулю q1 и q2, находятся на расстоянии r друг от друга, то они взаимодействуют с силой:
Коэффициент пропорциональности k в системе СИ:
В электростатике одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются.
Наряду с константой k имеется ещё одна константа ε0, связанная с k соотношением:
ε0 – электрической постоянной. Она равна:
Закон Кулона с электрической постоянной выглядит так:
Закон Кулона в диэлектрике.
Сила взаимодействия зарядов зависит от среды, в которой заряды находятся.
Диэлектриками, или изоляторами называются вещества, которые не проводят электрический ток. Диэлектрик уменьшает силу взаимодействия зарядов (по сравнению с вакуумом). Более того, на каком бы расстоянии друг от друга заряды ни находились, сила их взаимодействия в данном однородном диэлектрике всегда будет в одно и то же число раз меньше, чем на таком же расстоянии в вакууме. Это число обозначается ε и называется диэлектрической проницаемостью диэлектрика.
Диэлектрическая проницаемость зависит только от вещества диэлектрика, но не от его формы или размеров. Она является безразмерной величиной.
Сила с которой действуют заряды друг на друга в диэлектрике определяется формулой:
или
Диэлектрическая проницаемость вакуума ε =1. Во всех остальных случаях диэлектрическая проницаемость ε >1.