Желаем творческих успехов в вашей нелегкой самостоятельной учебной деятельности!!!

Электростатика –это раздел физики, который изучает взаимодействие неподвижных зарядов посредством электростатического поля. Каждый заряд создаёт поле независимо от наличия вокруг него других зарядов. Поля всех зарядов действуют друг на друга с силами, которые можно вычислить по закону Кулона.

Если поле создано системой неподвижных зарядов, то для него выполняется принцип независимости действия сил (принцип суперпозиции): сила, действующая на заряд со стороны других зарядов, равна геометрической (векторной) сумме всех сил, действующих со стороны каждого заряда в отдельности:

.

Силы взаимодействия зарядов можно рассчитывать двумя способами: по закону Кулона и по соотношению , получаемому из определения напряжённости электрического поля (2.1). Первый способ рассматривается в главе 1. Второй способ, при котором задача сводится к расчёту электрического поля, будет рассматриваться в главе 2.

1. Взаимодействие неподвижных зарядов

1.1. Закон Кулона

Закон Кулона: сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов в вакууме пропорциональна произведению этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Сила Кулона является центральной, то есть направлена по линии, соединяющей заряды. Векторная форма записи закона Кулона для среды:

. (1.1)

Закон Кулона в скалярной форме для среды имеет вид:

, (1.2)

где - сила, действующая на зарядQ₂ со стороны заряда Q₁;

- радиус-вектор, проведённый от первого заряда ко второму;

- расстояние между зарядами;

- коэффициент пропорциональности в системе СИ;

ε – диэлектрическая проницаемость среды (для воздуха ε = 1);

ε₀ = 8,85∙10^-12Ф/м – электрическая постоянная.

Установлено, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются (рис. 1).

Взаимодействие точечных зарядов удовлетворяет III закону Ньютона:

,

то есть силы взаимодействия двух зарядов равны по величине и приложены к каждому из зарядов.

Закон сохранения заряда: суммарный заряд электрически изолированной системы (то есть системы, не обменивающейся зарядами с внешними телами) есть величина неизменная:

.

1. Два одинаковых маленьких шарика, имеющих заряды +3qи–q, привели в соприкосновение, а затем раздвинули на некоторое расстояние. Чему равны заряды шариков после соприкосновения?

а) q б) 2q в) 4q г) q/2

2. Два маленьких одинаковых металлических шарика имеют заряды +qи –5q. Шарики привели в соприкосновение, а затем раздвинули на прежнее расстояние. Как изменился модуль силы взаимодействия шариков?

а) увеличился в 1,8 раза; б) уменьшился в 1,8 раза;

в) увеличился в 1,25 раза; г) уменьшился в 1,25 раза;

д) не изменился.

3. Как надо изменить расстояние между точечными положительными зарядами, чтобы при уменьшении каждого из них в 4 раза сила их взаимодействия не изменилась?

а) уменьшить в 16 раз; б) увеличить в 16 раз;

в) уменьшить в 4 раза; г) увеличить в 4 раза;

д) увеличить в 2 раза.

4. Как и во сколько раз изменится сила взаимодействия двух точечных разноименных электрических зарядов, если положительный заряд уменьшить в 2 раза, а отрицательный – увеличить в 4 раза?

а) уменьшится в 2 раза; б) увеличится в 2 раза;

в) увеличится в 8 раз; г) уменьшится в 8 раз;

д) увеличится в 4 раза.

Выполнив задания для самостоятельной работы, перейдем к разбору основных типов задач о взаимодействии зарядов.

Основные типы задач:

• вычисление равнодействующей силы при взаимодействии точечных зарядов (раздел 1.2);

• нахождение неизвестной величины при условии равновесия зарядов (раздел 1.3);

• взаимодействие зарядов, равномерно распределённых на линии, на поверхности и в объёме (раздел 1.4).