1.1.Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Взаимодействие электрических зарядов в вакууме. Закон Кулона.

Заряд – источник электрических взаимодействий. Электрический заряд является основным понятием электромагнетизма. Существует 2 типа электрических зарядов: положительные и отрицательные. Заряды противоположных знаков притягиваются, а одноименных – отталкиваются. Экспериментально доказано, что электрический заряд q любого макроскопического тела состоит из целого числа элементарных зарядов обоих знаков. Значение элементарного заряда равно:e = 1,602 ∙ 10 ^-19 Кл, 1Кл=А*с Общий заряд тела q = eN₊ - eN_{- ,}где N₊ и N_- - числа соответственно положительных и отрицательных элементарных зарядов. m_p = 1,673 ∙ 10^-27 кг, me = 9,11 ∙ 10^-31 кг Одним из фундаментальных законов природы является закон сохранения заряда в электрически изолированной системе, т.е. системе, которая не обменивается зарядом с внешними по отношению к ней телами: алгебраическая сумма электрических зарядов частиц, образующих электрически изолированную систему, не изменяется при любых процессах, происходящих в этой системе, т.е.

,

Электрический заряд обладает свойством инвариантности, т.е. значение заряда не изменяется при переходе от одной инерциальной системы тел к другой. Описание характера распределения избыточного заряда q = eN (∆N= N₊ - N_-) возможно по объему, по площади, по длине нити.

, ,

где δV, δS, δl – физически малые

В 1785 г. был установлен фр физиком Ш.Кулоном с помощью изобретенных им крутильных весов. Заряды - точечные. Под точечными зарядами подразумеваются 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 = ,

Закон Кулона в векторной форме:

,

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.

1.2.Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля. Напряженность поля точечного заряда и системы точечных зарядов.

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. 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. 1 Н/Кл =1 В/м.

Напряженность точечного заряда: