12. Электростатика

Это раздел физики изучающий электростатическое поле и электрические заряды.  Между одноимённо заряженными телами возникает электростатическое (или кулоновское) отталкивание, а между разноимённо заряженными — электростатическое притяжение. Явление отталкивания одноименных зарядов лежит в основе создания электроскопа — прибора для обнаружения электрических зарядов.  В основе электростатики лежит закон Кулона. Этот закон описывает взаимодействие точечных электрических зарядов.

Закон Кулона

Сила взаимодействия между двумя точечными электрическими зарядами пропорциональна величинам этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона:. Они являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках.

Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Раздел электродинамики, изучающий кулоновское взаимодействие, называют электростатикой.

Напряженность электрического поля

Напряженность электрического поля характеризуется силой, которая действует на точечный электрический заряд, помещенный в это поле.

Напряженность электрического поля — это отношение силы, действующей на заряд, к величине заряда.

Если: E — напряженность электрического поля (Вольт/метр), F — сила действующая на заряд Q (Ньютон), Q — заряд (Кулон),

То, напряженность электрического поля описывается следующей формулой:

Напряженность электрического поля — векторная величина. Направление вектора напряженности электрического поля E совпадает с направлением действия силы F. Заряд — скалярная величина. Если заряд отрицателен, то направление действия силы и направление вектора напряженности электрического поля противоположны.

В неоднородном поле сила, действующая на заряд в различных точках поля, неодинакова.

Потенциал Электрического поля

      Электростатический потенциал — скалярная энергетическая характеристика электростатического поля, характеризующая потенциальную энергию поля, которой обладает единичный заряд, помещённый в данную точку поля. Единицей измерения потенциала является, таким образом, единица измерения работы, деленная на единицу измерения заряда (для любой системы единиц; подробнее о единицах измерения - см. ниже).

      Электростатический потенциал равен отношению потенциальной энергии взаимодействия заряда с полем к величине этого заряда. Напряжённость электростатического поля и потенциал связаны соотношением:

      Здесь — оператор Гамильтона, или набла, то есть в правой части равенства стоит вектор с компонентами, равными частным производным от потенциала по соответствующим координатам, взятый с противоположным знаком.

      Воспользовавшись этим соотношением и теоремой Гаусса для напряжённости поля , легко увидеть, что электростатический потенциал удовлетворяет уравнению Пуассона. В единицах системы СИ:

      где — электростатический потенциал (в вольтах),— объёмная плотность заряда (в кулонах на кубический метр), а— диэлектрическая проницаемость вакуума (в фарадах на метр).