Электростатика электрический заряд. Закон кулона.
1.Электрический заряд.
Любому ученику средней школы известен опыт, в котором расчёска, потёртая о волосы, начинает притягивать маленькие кусочки бумаги. Такое забавное явление оказывается очень тесно связано с красивым и грозным явлением природы – молнией. В первом случае происходит электризация расчёски, а во втором – электризация облаков. Природа этих явлений стала понятнее после того, как было выяснено строение вещества.
Все вещества условно можно разделить на два класса – сложные и простые. Сложные вещества состоят из молекул, которые, в свою очередь, состоят из атомов. Простые же вещества состоят просто из атомов. В любом случае атом – этот тот элементарный кирпичик, из которого строятся все вещества. Долгое время считалось, что атом неделим. Однако оказалось, что и сам атом имеет сложное строение.
Согласно
представлениям классической физики,
атом состоит из ядра и вращающихся
вокруг него электронов. Ядро и электроны
связаны в атоме друг с другом особыми
силами, называемыми электрическими.
Эти силы возникают благодаря тому, что
ядро и электроны обладают некоторым
свойством, называемым зарядом;
говорим, что ядро и электроны заряжены.
Заряды бывают двух видов – положительный
и отрицательный. Электрон заряжен
отрицательно, а ядро положительно. Ядро
неоднородно, оно в свою очередь состоит
из протонов и нейтронов. Положительный
заряд ядра обеспечивается положительно
заряженными протонами. Нейтроны заряда
не несут; говорим, что они нейтральны.
В качестве примера на рисунке изображён атом гелия, где р – положительно заряженные протоны и n – нейтральные нейтроны, находящиеся в ядре, е- - отрицательно заряженные электроны, вращающиеся вокруг ядра.
В обычном состоянии количество протонов и электронов в атоме одинаково. Поэтому положительный заряд протонов компенсируется отрицательным зарядом электронов и атом, в целом, оказывается нейтральным. Следовательно, и всё вещество тоже нейтрально, т.е. не заряжено.
Электроны, как более подвижные частицы, могут покидать свои атомы.
Если, по каким-либо причинам, часть электронов с одного физического тела перешла на другое, то на первом теле образовался недостаток электронов и суммарный положительный заряд протонов не может быть скомпенсирован. В этом случае говорим, что тело заряжено положительно. На другом теле образовался избыток электронов, заряд которых также не может быть скомпенсирован. Тогда говорим, что тело заряжено отрицательно.
Электрон является носителем элементарного, т.е. наименьшего, электрического заряда. Так как на теле может присутствовать недостаток или избыток только целого числа электронов, то заряд физического тела всегда кратен заряду электрона. Математически это выражается так:
|Q| = n |e-|
где |е-| - модуль заряда электрона, n – количество избыточных или недостающих электронов и |Q| - модуль величины заряда тела.
Опыт показывает, что если приблизить друг к другу два одноимённо заряженных тела, то они будут отталкиваться, а если приблизить два разноимённо заряженных тела, то они будут притягиваться.
Взаимодействие двух заряженных тел называется электромагнитным взаимодействием. Сила этого взаимодействия зависит от величины заряда обоих тел. Поэтому понятие электрического заряда определяется следующим образом.
Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая интенсивность электромагнитного взаимодействия заряженных тел.
Единица измерения заряда [q]=1 Кл (кулон)
1 кулон - это заряд, прошедший через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока 1 А.
Заряд одного электрона – 1,6 10-19 Кл.