Вопрос 22 Свойства физических зарядов

Фундаментальный закон сохранения заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы, не обменивающейся зарядами с внешними телами, остается неизменной, какие бы процессы ни происходили внутри этой системы.

Электрический заряд дискретен, т. е. заряд любого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда

Электрон и протон являются соответственно носителями элементарных отрицательного и положительного зарядов. Электрический заряд – величина релятивистски-инвариантная и не зависит от системы отсчета.

Единица электрического заряда — кулон (Кл) — электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А за время 1 с.

 

Закон Кулона

Точечным называется заряд, линейные размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, с которыми он взаимодействует.

Закон Кулона: сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорциональна зарядам Q₁  и Q₂ и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними:

F=

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

Сила F направлена по прямой, соединяющей взаимодействующие заряды, т. е. является центральной. В случае разноименных зарядов возникает притяжение (F<0), в случае одноименных зарядов - отталкивание (F>0). Эта сила называется кулоновской силой. В векторной форме закон Кулона имеет вид:

F =

где F — сила, действующая на заряд Q со стороны заряда Q , r — радиус-вектор, соединяющий заряд Q с зарядом Q , r = |r | На заряд Q со стороны заряда Q   действует сила F = - F .

В СИ коэффициент пропорциональности равен  k= Тогда закон Кулона запишется в окончательном виде:

F =

(3.3)

Величина относится к числу фундаментальных физических постоянных и называется электрической постоянной: =8,8510^-12Кл²/(Hм²) или =8,85110^-12 Ф/м, где фарад (Ф) — единица электрической емкости. Тогда =910⁹м/Ф.

Е=

(3.7)

Формула (3.7) выражает принцип суперпозиции (наложения) электростатических полей, согласно которому напряженность Е результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равна геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности.

Вопрос 23 Напряженность электрического поля в вакууме

Напряженность электростатического поля в данной точке есть физическая величина, определяемая силой, действующей на положительный пробный единичный заряд, помещенный в эту точку поля:

Е = F/ Q

(3.4)

Напряженность поля точечного заряда в вакууме:

E =

(3.5)

Направление вектора Е совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд. Если поле создается положительным зарядом, то вектор Е направлен вдоль радиус-вектора от заряда во внешнее пространство (отталкивание положительного пробного заряда); если поле создается отрицательным зарядом, то вектор Е направлен к заряду

Единица напряженности электростатического поля – ньютон на кулон (Н/Кл): 1 Н/Кл – напряженность такого поля, которое на точечный заряд 1 Кл действует с силой в 1Н.

Линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора Е, называют линиями напряженности. По направлению они совпадают с направлением вектора напряженности и никогда не пересекаются. Напряженность является силовой характеристикой электростатического поля.