Взаимодействие заряженных частиц. Закон Кулона (1785г).

Точечным зарядомназывается заряженное тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстояниями до других заряженных тел.

Заряженные частицы (тела) притягиваются или отталкиваются. Элементарный закон был экспериментально открыт французским физиком Шарлем Кулоном в 1785 году при помощи крутильных весов.

Закон Кулона: сила взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами в вакууме пропорциональна электрическим зарядам, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена по линии, соединяющей заряды.

.

- расстояние между точечными зарядами.

,.

,

- электрическая постоянная, численно равная, силе взаимодействия двух точечных зарядов по 1Кл на расстояниив вакууме:, при,.

,. Из эксперимента, т.е. сила взаимодействия двух точечных зарядов по 1Кл в вакууме на расстоянии 1м равна. Это очень большая сила. Постояннаяхарактеризует интенсивность электрического взаимодействия.

В «СИ» используется электрическая постоянная, которая связана с постояннойсоотношением:.

Введение новой постоянной упрощает наиболее употребляемые в технике формулы. Закон Кулона в вакууме принимает вид:

,

Электрические силы спадают до нуля при, т.е. их радиус действия бесконечно большой, так же как у гравитационных сил. Интенсивность электрических сил значительно превышает гравитационные силы.

Сравним силы гравитационного и электрического взаимодействия между электроном и протоном:

,

.

Силами тяготения в мире атомов можно пренебречь в сравнении с электрическими. Устойчивость атомов, молекул и макротел обязана электрическим силам.

Если точечные заряды находятся в однородной непроводящей и неограниченной изотропной среде (газ, жидкость), то сила взаимодействия между зарядами уменьшается по сравнению с силой взаимодействия между этими зарядами в вакууме, т.е.

.

Здесь - характеризует среду, называетсядиэлектрической проницаемостью, является величиной безразмерной. Уменьшение силы взаимодействия связано с явлением поляризации среды.

Закон Кулона для точечных зарядов в неограниченном диэлектрике:

.

Экспериментально закон Кулона проверен для расстояний: .

Нет оснований отрицать, что этот закон не выполняется и для больших расстояний.

Понятие напряжённости электрического поля. Напряжённость электрического поля точечного заряда.

По современным представлениям заряженные частицы (тела) взаимодействуют с помощью электрического поля, которое создаётся зарядами и действует на заряды.

Электрическое поле непрерывно заполняет всё пространство или его часть.

Электрическое поле, созданное неподвижными зарядами, называется электростатическим.

Раздел «Электромагнетизма», изучающий свойства неподвижных зарядов называется «электростатикой».

Электростатическое поле характеризуется напряжённостью и потенциалом, которые являются функциями координат точек пространства.

Введём понятие напряжённости.Обнаружить наличие электрического поля можно, поместив в точку пространства электрический заряд. По силе, действующей на заряд, можно судить об интенсивности поля в данной точке пространства. Заряд, с помощью которого исследуется электрическое поле, называетсяпробным.Пробный заряд должен бытьточечныминебольшимпо величине, чтобы не искажать распределение зарядов, создающих поле. Пробный заряд выбираютположительногознака.

Отношение силы, действующей на пробный заряд, к величине пробного заряда, не зависит от величины пробного заряда. Поэтому это отношение характеризует точку пространства и называется напряжённостью:

.

Напряжённость равна силе, действующей на единичный положительный заряд, и является силовой характеристикой электрического поля.

Отметим, что направление определяется направлением силы, действующей на положительный заряд.

Напряжённость в единицах СИ измеряется: .

Электрическое поле задаётся совокупностью значений во всех точках пространства для любого момента времени:.

Если не зависит от времени, то такое поле называетсястатическим. Как мы уже отмечали, электростатическое поле создаётся неподвижными электрическими зарядами.

Зная , можно найти силу, действующую на точечный заряд, помещённый в данную точку поля:

.