Лекция №4 электростатика

Электростатика  это раздел электродинамики, изучающий свойства неподвижных зарядов, их взаимодействия друг с другом посредством полей, называемых электростатическими.

Электрический заряд

Существует два вида заряда: положительные и отрицательные. Заряды с одинаковыми знаками отталкиваются, а с разными  притягиваются. Электрический заряд является количественной мерой способности тел к электрическим взаимодействиям. В системе единиц СИ заряд измеряется в кулонах (Кл).

Закон сохранения электрического заряда.

Из обобщения опытных данных установлен закон сохранения электрического заряда: в любой замкнутой электрической системе алгебраическая сумма электрических зарядов является постоянной величиной при любых процессах, происходящих в ней:

(1)

Замкнутой называется электрическая система, из которой не выходят и в которую не входят заряды. Так, при электризации тел трением заряды, возникающие на телах, равны по абсолютной величине, но противоположны по знаку. Поэтому их алгебраическая сумма так же равна нулю, как и в случае незаряженных тел.

Закон кулона

В общем случае сила взаимодействия между заряженными телами зависит от размеров и формы тел, а также от свойств среды, в которой находятся тела. Наиболее просто сила взаимодействия находится для так называемых точечных зарядов. Точечным зарядом называется заряженное тело, размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, с которыми оно взаимодействует. Закон взаимодействия точечных зарядов был открыт Кулоном и формулируется следующим образом: модуль F силы взаимодействия между двумя неподвижными зарядами q и q₀ пропорционален произведению этих зарядов, обратно пропорционален квадрату расстояния r между ними, т.е.

(2)

где ₀  электрическая постоянная,  — диэлектрическая проницаемость, показывающая во сколько раз напряжённость Е_ поля в вакууме больше напряжённости Е того же поля в среде, т.е.

(3)

Электрическое поле. Напряжённость поля

Установлено, что вокруг заряженных тел существует электрическое поле. Для характеристики электрического поля вводится физическая величина, называемая напряжённостью, которая является силовой характеристикой этого поля. Она вводится по формуле:

(4)

т.е. напряжённостью электрического поля называется отношение силы, действующей на заряд к величине этого заряда. В системе единиц СИ напряжённость измеряется в вольт/метр (В/м). 1 В/м = 1 Н / 1 Кл,

Напряжённость поля точечного заряда

Найдём напряжённость Е электростатического поля, создаваемого точечным зарядом q, находящимся в однородном изотропном диэлектрике, в точке, отстоящей от него, на расстоянии r. Мысленно поместим в эту точку пробный заряд q₀. Тогда и Отсюда получаем, что

(4)

Суперпозиция полей

Пусть имеется система точечных электрических зарядов q₁, q₂,..., q_n. Тогда напряжённость электрического поля, создаваемой этими зарядами, в произвольной точке вычисляется по формуле:

(5)

т.е. напряжённость поля системы зарядов равна векторной сумме напряжённостей полей, которые создаёт каждый заряд системы в отдельности. Соотношение (5) называют принципом суперпозиции полей.