Вопрос №2.Закон Кулона

Закон взаимодействия неподвижных электрических зарядов в 1785 г. был экспериментально установлен французским физиком Ш.Кулоном с помощью изобретенных им крутильных весов. В эксперименте учитывали, что заряды точечные. Под точечными зарядами подразумеваются такие заряженные тела, размеры которых малы по сравнению с расстоянием между ними.

Закон Кулона: модуль силы взаимодействия F двух неподвижных точечных зарядов, находящихся в вакууме пропорционален произведению модулей зарядов q₁ и q₂ и обратно пропорционален квадрату расстояния r между ними.

, где k = 9· 10⁹ Н·м²/Кл² .

k = , откуда ;

последняя форма записи и многих других формул называется рационализированной.

Ф/м - называют электрической постоянной.

Закон Кулона в векторной форме:

,

где - сила действующая на заряд q₁ со стороны заряда q_2,

- радиус-вектор заряда q₁ относительно q₂ ,

q₁ и q₂ -алгебраическое значение взаимодействующих зарядов.

q₁> 0

q₂ >0

Силы, задаваемые вышеуказанными формулами, называются кулоновскими силами. Кулоновские силы удовлетворяют третьему закону Ньютона, т.е. = .

Если заряды находятся в однородной изотропной диэлектрической среде, то сила их взаимодействия вследствие поляризации среды уменьшается в ε раз (ε >1).

.

ε = F₀ / F - диэлектрическая проницаемость среды, которая показывает во сколько раз сила взаимодействия F₀ в вакууме больше силы F в среде.

Вопрос №3. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля.

Взаимодействие неподвижных зарядов осуществляется посредством электростатического поля, которое представляет собой особый вид материи. Каждый заряд создает в окружающем его пространстве электрическое поле, которое с определенной силой действует на заряд помещенный в любую точку этого поля.

Для исследования электрического поля используют пробный заряд . Он должен быть малым по величине. Чтобы своим полем не искажать поле изучаемого заряда и принадлежать телу малых размеров (материальной точке), чтобы можно было исследовать поле в малых участках пространства. В то же время он не является элементарным зарядом, для описания состояния которого нужно применять законы квантовой механики. Для удобства пробный считают положительным.

Если в поле, создаваемое зарядом q, поместить пробный заряд , то на него будет действовать сила , которую можно определить по формуле

.

Отношение этой силы к величине пробного заряда:

- характеризует электрическое поле в данной точке пространства. Это силовая характеристика электрического поля называется напряженностью -

Направление вектора совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд. Измеряется в [Н/Кл] в СИ В/м.

1 Н/Кл =1 В/м.

Вопрос №4. Напряженность поля точечного заряда и системы точечных зарядов.

Точечный заряд q в окружающей его среде создают поле, выражение для напряженности : - напряженность поля точечного заряда.

Здесь - радиус-вектор точки поля относительно заряда q, поэтому проекция напряженности на направление этого вектора определяется по следующей формуле:

.

Направление векторов и для полей точечных зарядов:

Рис.1.1

Электрические поля графически изображают с помощью линий напряженности (силовых линий), которые проходят так, чтобы касательная к ним в каждой точке пространства совпадали по направлению с вектором напряженности .

Рис.1.2

Линии напряженности электростатического поля начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных или уходящих в бесконечность. Лини напряженности условились проводить с определенной густотой: количество линий напряженности, пронизывающих единичную площадку, которая расположена перпендикулярно им, пропорционально модулю .

Следует отметить, что линии напряженности в случае полей произвольной конфигурации не являются траекториями для движущихся в них точечных зарядов, т.к. касательные к этим линиям совпадают с направлением силы , т.е. ускорения, а касательные к траектории движения зарядов - с направлением их скорости.

Линии напряженности могут совпадать с траекториями движения зарядов только в том случае, если они представляют собой прямые линии.