Lek_1_ELEKTROSTATIKA
.pdf
• Заметим, что кулоновская сила зависит от расстояния
по тому же закону (1/r2), что и сила тяготения. Сравним
эти силы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
F |
|
kq2 |
|
9 109 (1,6 10 19 )2 |
1042 |
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
(7) |
||||
|
|
F |
Gm2 |
6,67 10 11 |
(9,1 10 31 )2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
g |
|
|
|
|
|
|
|
|
•Следовательно, кулоновская сила больше силы тяготения в несколько биллионов раз.
•Так как все вещества состоят из электронов, протонов и нейтронов, то именно электростатическое взаимодействие между ними объясняет большинство физических свойств веществ.
•При этом отрицательные и положительные заряды практически полностью компенсируют друг друга как в макроскопических телах, так и на уровне атомов и молекул (кроме ионов и радикалов). То есть все тела в целом электрически нейтральны.
4. Электрическое поле. Напряженность электрического поля
•Согласно современным представлениям
взаимодействие между зарядами осуществляется посредством электрического поля. Это взаимодействие передается не мгновенно, а с конечной скоростью, равной скорости света.
• Любой заряд |
изменяет свойства окружающего |
пространства за |
счет созданного им электрического |
поля. Это поле проявляет себя через силы, действующие на другие заряды.
• Электрическое поле есть разновидность материи,
отличная от вещества, через которую передаются
действия одних электрических зарядов на другие.
• Электрический заряд не кончается на границах того
тела, на которое он помещён, а продолжается дальше в форме поля.
• Поместим в поле заряда q0 пробный заряд q. Заряд q
в поле заряда q0 испытывает действие кулоновской силы
F k |
q q |
(8) |
||
0 |
||||
|
|
|||
|
r |
2 |
|
|
|
|
|
||
• Заряд q не характеризует поле. Поле характеризует
заряд q0. Поделим поэтому обе части формулы (8) на заряд q:
|
F |
k |
q0 |
|
(9) |
|
q |
r2 |
|||
|
|
|
|||
•В правой части формулы (9) стоят величины, характеризующие точку поля, находящуюся на расстоянии r от заряда q0.
•Следовательно, отношение силы, действующей на помещённую в данную точку поля заряд q, к величине этого заряда не зависит от этого заряда и может рассматриваться как характеристика поля.
•Эту характеристику называют напряжённостью электрического поля. Напряжённость величина векторная. Обозначают её буквой E :
E |
F |
(10) |
|
q |
|||
|
|
||
|
|
|
• Вектор напряжённости совпадает по направлению с
направлением силы, действующей со стороны поля на помещенный в него заряд q
F qE |
(11) |
|
|
• Очевидно, что формула (9) может рассматриваться
как формула напряженности поля точечного заряда:
E |
1 |
|
q |
4 |
|
0 |
|
|
|
||
|
|
r |
|
|
|
|
2 |
|
|
0 |
|
(12)
Рис. 3
• Единицей напряженности электрического поля
является напряженность в такой точке пространства, в которой на пробный точечный заряд величиной 1 Кл действует сила, равная 1 Н.
E 1 |
Н |
=1 |
В |
|
Кл |
м |
|||
|
|
(13)
5. Изображение электрического поля с
помощью линий напряжённости
•Линия, проведенная в поле, в каждой точке которой вектор напряжённости поля совпадает по направлению с касательной к этой линии, называется линией напряженности электрического поля.
•Линия напряжённости имеет направление.
а |
b |
|
d
Рис. 4
c
• Введем понятия
однородного и неоднородного поля:
• Однородным
называется поле, в каждой точке
которого |
вектор |
|
|
|
|
|
напряженности |
|
|
|
|
|
|
одинаков |
и |
по |
|
|
|
|
величине |
и |
по |
|
|
|
|
Рис. 5 |
|
|
|
|||
направлению. |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
||
• Однородные поля – поля, показанные на |
рис. 4 (d) |
|
и |
|||
на рис. 5. |
Поля, показанные на рис. |
4 (а, в, |
с), |
|||
неоднородные.
6. Принцип суперпозиции электрических
полей
• Если поле образовано не
A 
E1
одним зарядом, а несколь- +q1 
кими, то силы, действующие на пробный заряд, складываются по правилу сложения векторов.
E |
2 |
|
Рис. 6
E
– q2
• Поэтому и напряженность поля системы зарядов в
данной точке поля равна геометрической сумме напряжённостей полей каждого заряда в отдельности.
n |
|
E E1 E2 E3 ... En Ei |
(14) |
i 1 |
|
• На рис. 5 показан вектор напряженности |
E |
, поля в |
|||||
точке А, созданного двумя зарядами |
q1 |
и |
q2 . |
|
|||
• В векторной форме: |
|
|
|
|
|
||
|
E E1 E2 |
|
|
|
|
|
(15) |
• По величине:
E |
E |
2 |
E |
2 |
2E E cos(E ^ E ) |
(16) |
|||
|
|
||||||||
|
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
|
||
•Условимся при изображении поля с помощью линий напряженности проводить эти линии так, чтобы их густота соответствовала напряженности поля в том месте, где эти линии проведены.
•В тех местах, где поле сильнее, линии
напряжённости проводят гуще и наоборот.