ЛЕКЦИЯ №1
ЭЛЕКТРОСТАТИКА
Электрический заряд. Закон кулона. Электрическое поле .Принцип суперпозиции. Напряженность и потенциал электрического поля.
Электрический заряд
Основными
понятиями современной классической
теории электромагнетизма являются
понятие электрического заряда
и
понятие электромагнитного поля.
Электрические заряды (движущиеся и
неподвижные) формируют в пространстве
электромагнитное поле, которое проявляется
в силовом воздействии на материальные
тела, обладающие электрическим зарядом.
Электрический
заряд
является
скалярной величиной и может иметь
положительное или отрицательное
значение. Величина электрического
заряда является инвариантом относительно
преобразований Лоренца: во всех
инерциальных системах отсчета эта
величина одинакова (масса тела этим
свойством не обладает).
В некоторых физических явлениях приходится учитывать "квантованность" электрического заряда, то есть учитывать, что электрический заряд тела состоит из конечного числа мельчайших элементарных зарядов. Элементарный заряд численно равняется заряду электрона
Электромагнитное поле существует как объективная реальность и обладает такими атрибутами как масса, импульс и энергия. Электромагнитное поле может превращаться в вещество - рождение электронно-позитронных пар - и может порождаться веществом - аннигиляция электронно-позитронной пары.
Обобщением совокупности известных опытных фактов является выражение для обобщенной силы Лоренца:
|
|
(1.1) |
Здесь
-
сила, действующая на материальную точку
с зарядом
,
-
напряженность электрического поля,
-
индукция магнитного поля. Силовые
характеристики электромагнитного поля
и
-
должны быть определены в каждой точке
пространства и могут зависеть от времени:
|
|
(1.2) |
В
соотношении (1.1) подразумевается, что
величины
и
вычисляются
для фиксированного момента времени
в
точке расположения электрического
заряда
.
При этом напряженность электрического
поля
и
индукция магнитного поля
представляют
собой составляющие электромагнитного
поля, внешнего по отношению к заряду
.
Смысл сказанного состоит в том, что
предполагается, что электромагнитное
поле, создаваемое самим зарядом
,
на заряд
не
действует. Другими словами говоря, поле
и
поле
в
соотношении (1.1) созданы другими зарядами,
неподвижными или движущимися. Из
соотношения (1.1) следует, что напряженность
электрического поля
-
это та часть (составляющая) электромагнитного
поля, которая связана с местонахождением
заряда, в то время как индукция магнитного
поля
связана
со скоростью движения электрического
заряда.
Из
сказанного выше следует, что пространственные
и временные изменения электрического
поля
и
магнитного поля
должны
быть согласованы между собой, должны
учитывать распределение и движение
электрических зарядов и, наверное,
учитывать электромагнитные свойства
среды, в которой рассматривается
описываемое явление. Действительно,
существует замкнутая система уравнений
электродинамики - система уравнений
Максвелла - она достаточно сложна, с ней
мы познакомимся в конце курса.
Следует заметить, что местоположение и скорость материальной точки в двух различных инерциальных системах отсчета, естественно, различны, поэтому деление электромагнитного поля на электрическое и магнитное имеет условный характер, хотя и является удобным приемом при проведении практических расчетов.