Физика. В 4 ч. Ч. 3. Электродинамика

Электростатика

Электрический заряд q 1 Êë 1 Àñ

Основные свойства

электрических зарядов

1.1. Теория

раздел электродинамики, в котором изучаются

электрические поля, создаваемые неподвижными в инерциальных системах отсчета электрически заряженными телами или частицами, и взаимодействия этих тел или частиц посредством электрических полей.

скалярная (алгебраическая) физическая величи-

на, характеризующая способность тел или частиц вступать в электромагнитные взаимодействия и определяющая интенсивность (модуль силы, энергию) таких взаимодействий.

Существует два вида электрических зарядов –

положительные и отрицательные (на стекле, потертом кожей, – положительные; на янтаре, потертом шерстью, – отрицательные).

Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются.

Наименьший заряд, который может иметь тело или частица, – элементарный электрический заряд

e 1,602 10–19 Кл.

Электрический заряд любого заряженного тела дискретен, т. е. равен целому числу элементарных зарядов:

q Ne .

Электрический заряд аддитивен, т. е. полный электрический заряд q системы тел (частиц) равен алгебраической сумме электрических зарядов всех тел (частиц), входящих в систему:

Электрический заряд создает вокруг себя электрическое поле, которое действует на любой другой заряд, помещенный в это поле.

Электрический заряд – величина релятивистки инвариантная, т. е. его величина не зависит от системы отсчета, в которой заряд находится, и от скорости, с которой заряд движется.

Изолированная (за-

мкнутая) система

Закон Кулона (1785 г.)

F k q1r2q2

Коэффициент

пропорциональности в СИ

Электрическая

постоянная.

Принцип суперпози-

ции (сложения) сил

F F12 F13..F1n

Электрическое поле

Основные свойства

электрического поля

Электростатическое

поле

Пробный заряд q0

6

система, в которую не вводят извне и не выводят

из нее электрические заряды.

два неподвижных точечных заряда в вакууме

взаимодействуют с силой прямо пропорциональной произведению модулей зарядов, обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними и направленной вдоль прямой, соединяющей эти заряды.

результирующая сила взаимодействия одного

точечного заряда q1 с несколькими точечными зарядами (q2, q3, ..., qn) равна векторной сумме сил взаимодействия заряда q1 с каждым из заря-

дов q2, q3, ... qn.

вид материи, посредством которого осуществля-

ются взаимодействия электрических зарядов.

– создается как покоящимися, так и движущими-

ся зарядами и действует как на покоящиеся, так и движущиеся заряды;

–создается изменяющимся во времени магнитным полем;

–обладает энергией;

–электрические поля, создаваемые системой

точечных зарядов, не влияют друг на друга.

электрическое поле, создаваемое неподвижными

зарядами. Исследуется с помощью пробного заряда.

положительный заряд такой величины, что его

собственное поле не влияет и не искажает исследуемое поле.

Напряженность элек-

трического поля

E

F

q0

E 1 H/ Кл 1 В/ м

Однородное поле

Åconst

Линии напряженно-

сти электростатического поля (силовые линии)

Графическое

изображение

электростатических

полей

векторная физическая величина, являющаяся си-

ловой характеристикой поля, равная отношению силы, действующей на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда.

поле, вектор напряженности Е которого во всех точках пространства одинаков как по величине, так и по направлению.

линии в пространстве, касательные к которым в

каждой точке совпадают по направлению с вектором напряженности электростатического поля в этой точке.

Свойства силовых

линий электростатического поля

8

в) силовые линии равномерно заряженной беско-

нечной металлической пластины – электростатическое поле однородное:

σ > 0 σ < 0

г) силовые линии двух пластин, заряды которых равны по модулю и противоположны по знаку – вдали от краев пластин электростатическое поле однородно.

+q

–q

–силовые линии незамкнутые: начинаются на

положительных зарядах, а оканчиваются на отрицательных или уходят в бесконечность;

–силовые линии не прерываются и не пересекаются друг с другом, т. е. через каждую точку

электростатического поля можно провести только одну силовую линию;

– число силовых линий, приходящихся на поверхность единичной площади, расположенной перпендикулярно к силовым линиям, (густота линий) пропорционально модулю напряженности электрического поля;

– силовые линии однородного электрического поля параллельны друг другу и имеют одинаковую густоту;

– силовые линии уединенного точечного заряда или уединенного равномерно заряженного шара распределены в пространстве симметрично относительно центра заряда и направлены радиально.

Напряженность

электростатического поля точечного заряда

равномерно заря-

женной сферической поверхности радиуса R в вакууме

E

0 ï ðè r

4πε0 r2 ï ðè r

объемно

заряженного шара радиусом R в вакууме

q r

E

4πε R3 ï ðè r

4πε0r2 ï ðè r q ρ 43 πR3

равномерно заря-

женной бесконечной плоскости в вакууме

E

q

2

(однородное электростатическое поле)

R++

++q+

+E=0 +

+++++ +

E

1

r 2

0 r

E

E

E

E

X

– E

Принцип

суперпозиции (наложения) электрических полей

Напряженность элек-

тростатического поля, создаваемого в точке А системой двух зарядов

10

напряженность результирующего поля, создава-

емого системой точечных зарядов в некоторой точке пространства, равна векторной сумме напряженностей полей, создаваемых каждым зарядом в отдельности.

i

а) одноименных положительных

E E1 E2

EA

б) разноименных

E1

E

Аα β

r1

r2