Электромагнетизм и электромагнитные волны

1. Электрический заряд и его свойства. Закон сохранения заряда. Закон Кулона.

Электрический заряд – это физическая величина, характеризующая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия.

Фундаментальные свойства зарядов

• Электрический заряд может быть двух типов: положительный (при трении кожи о стекло) и отрицательный (при трении меха с эбонитом). Тела, имеющие электрические заряды одного знака, отталкиваются друг от друга, тела с зарядами противоположных знаков – притягиваются.

• Носителями электрического заряда являются заряженные элементарные частицы с элементарным зарядом (Кулон – единица электрического заряда в СИ)

протон – носитель положительного заряда (+e), (mp=1,67*10-27 кг);

электрон – носитель отрицательного заряда (–e), (me=9,11*10-31 кг).

Заряд любого другого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда.

• Фундаментальный закон сохранения электрического заряда (выполняется в любых процессах рождения и уничтожения элементарных частиц): в любой электрически изолированной системе алгебраическая сумма зарядов не изменяется.

• Электрический заряд является релятивистски инвариантным: его величина не зависит от системы отсчета, а значит, не зависит от того, движется он или покоится.

При электризации тел выполняется закон сохранения электрического заряда. Этот закон справедлив для замкнутой системы. В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной. Если заряды частиц обозначить через q1, q2 и т.д., то

q1 + q2 + q3 + … + qn = const.

Закон Кулона (1785): сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорциональна зарядам Ql и Q2 и обратно пропорциональна квадрату расстояния г между ними:

где к — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц.

В СИ коэффициент пропорциональности , где величина называется электрической постоянной

Тогда

2. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции.

Силовые линии.

Электрическое поле — одна из двух компонент электромагнитного поля, представляющая собой векторное поле, существующее вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также возникающее при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может быть обнаружено благодаря его силовому воздействию на заряженные тела.

Напряженностью электрического поля называется мера интенсивности его сил, равная отношению силы F, действующей на пробный положительный точечный заряд q, вносимый в рассматриваемую точку поля, к значению заряда

Так же как и сила F, напряженность электрического поля ε — векторная величина, т.е. характеризуется значением и направлением действия.

Основная единица измерения напряженности электрического поля в СИ — вольт на метр (В/м).

Принцип суперпозиции — один из самых общих законов во многих разделах физики. В самой простой формулировке принцип суперпозиции гласит:

• Результат воздействия на частицу нескольких внешних сил есть векторная сумма воздействия этих сил.

• Любое сложное движение можно разделить на два и более простых.

Наиболее известен принцип суперпозиции в электростатике, в которой он утверждает, что напряженность электростатического поля, создаваемого в данной точке системой зарядов, есть векторная сумма напряженностей полей отдельных зарядов.

Силовая линия — это кривая, касательная к которой в любой точке совпадает по направлению с вектором, являющимся элементом векторного поля в этой же точке. Применяется для визуализации векторных полей, которые сложно наглядно изобразить каким-либо другим образом. Иногда (не всегда) на этих кривых ставятся стрелочки, показывающие направление вектора вдоль кривой. Для обозначения векторов физического поля, образующих силовые линии, обычно используется термин «напряжённость».