Зако збереження електричного заряду

Процес, що приводить до появи на тілах або різних частинах одного тіла надлишку електричного заряду, називають електризацією. Електризація може відбуватися під дією світла й інших взаємодій, однак внаслідок електризації завжди виконується закон збереження заряду: в ізольованій системі заряджених тіл алгебраїчна сума зарядів - величина стала:

q₁ + q₂ + … +  q_n = const або   q_n = const.

Цей закон є фундаментальним законом, як і закон збереження імпульсу, енергії.

Справедливість закону збереження заряду підтверджується спостереженнями над величезною кількістю перетворень елементарних частинок. Причина збереження заряду наразі невідома.

У природі точкових заряджених тіл не існує, але якщо відстань між тілами набагато більша від їх розмірів, то ні форма, ні розміри заряджених тіл суттєво не впливають на взаємодію між ними. У такому разі ці тіла можна вважати точковими.

Напруженість електричного поля.

Напру́женість електри́чного по́ля — це векторна фізична величина, яка дорівнює силі, яка діє у даній точці простору у даний момент часу на пробний одиничний електричний заряд у електричному полі.

де   — сила,   — електричний заряд,   — напруженість електричного поля.

В системі СІ вимірюється у В/м, на практиці здебільшого у В/см.

Вектор напруженості електричного поля входить в рівняння Максвелла.

Друге рівняння Максвелла

гласить, що джерелом електричного поля може бути змінне магнітне поле.

У випадку різкої границі між середовищами вектор напруженості електричного поля не може бути визначений із диференційних рівнянь Максвелла, оскільки при розривах у поляхпохідні невизначені. В такому випадку використовуються граничні умови. Щодо напруженості електричного поля гранична умова Максвелла вимагає тангенційних складових цього вектора.

.

Тут індекси вгорі характеризують середовища.

На поверхні ідеального провідника тангенціальна складова вектора напруженості електричного поля дорівнює нулю.

Нормальна складова напруженості електричного поля в загальному випадку неперервною не є. Неперерервність зберігає нормальна складова вектора електричної індукції.

Лінії напруженості

Електричне поле не можна описувати так, як ми звикли описувати звичні нам речовинні тіла. Про поле не можна сказати, що воно має певну будову, що воно складається з якихось частин. І все-таки його символічно «зображають» так, що можна «за зовнішнім виглядом» відрізняти поля, створювані одними зарядами, від полів інших зарядів. Як же це роблять? _

У кожній точці електричного поля вектор напруженості Е має певні значення і напрям. Отже, електричне поле можна графічно зобразити за допомогою векторів напруженостей. Проте такий спосіб незручний. У випадку складних полів вектори напруженостей накладаються один на одного і утворюється заплутана картина. Вона буде наочнішою, якщо зобразити електричне поле за допомогою ліній напруженості. Лінії напруженості проводять в електричному полі так, щоб у кожній її точці вектор напруженості був спрямований по дотичній (мал. 93). За напрям ліній напруженості взято такий, який збігається з напрямом векторів напруженості в кожній точці цих ліній. Оскільки напруженість у кожній точці поля має лише один напрям, то лінії напруженості ніде не перетинаються. Вважають, що лінії напруженості завжди починаються на поверхні позитивно зарядженого тіла і закінчуються на поверхні негативно зарядженого; вони є незамкнутими лініями. Лінії напруженості реально не існують, це лише засіб наочного зображення поля.

Якщо знати напруженість електричного поля, то можна побудувати і лінії напруженості цього поля. Проте у випадку заряджених тіл складної форми такі обчислення також складні. Значно простіше визначити розташування ліній напруженості дослідним шляхом. Для цього у скляну ванну чи кювету наливають рідкий діелектрик (наприклад, касторове масло або вазелін) і насипають в рідину трохи манної крупи, тальку, хініну або дрібно настриженого волосся. Опускаючи у ванну різні за формою електроди і заряджаючи їх, спостерігають

орієнтацію завислих частинок уздовж ліній напруженості. Таку картину легко спроектувати на екран. На малюнку 94 показано приклади ліній напруженості електричного поля позитивно і негативно заряджених кульок.

Скориставшись описаною методикою, можна дослідити розташування ліній напруженості в різноманітних електричних полях. Це

дуже важливо під час конструювання, наприклад, електровакуумних приладів. Створення простої радіолампи починається з вивчення електричних полів у ній.

Коли вектори напруженості у всіх точках поля мають однакові значення і напрям, лінії напруженості є прямими лініями, паралельними вектору напруженості, і густина ліній напруженості на всіх ділянках цього поля стала. Таке поле називають однорідним. На малюнку 95 зображене поле двох різнойменно заряджених паралельних пластин. Між пластинами поле однорідне, а біля країв пластин лінії напруженості розходяться — поле неоднорідне. Зовсім однорідним поле може бути лише у випадку нескінченно довгих пластин. Якщо ж пластини скінченної довжини, то поле виявляється однорідним лише поблизу їхньої середини.

Слід зауважити, що в оточуючому пластини просторі напруженість електричного поля дорівнює нулю. Електричне поле позитивно зарядженої пластини компенсує дію негативно зарядженої пластини