Електричний заряд

Головна | Про нас | Зворотній зв'язок

В цьому розділі вивчається одна зі сторін єдиного електромагнітного поля - електростатичне поле нерухомих зарядів. В основі такого розгляду лежить встановлений експериментально закон Кулона, ідея близкодействия і принцип суперпозиції електростатичних полів.

Електростатика - розділ електродинаміки, в якому вивчається взаємодія нерухомих електричних зарядів. Така взаємодія здійснюється за допомогою електростатичного поля. C 17 го століття дослідники проводили численні досліди з наелектризованими тілами. Були побудовані перші електростатичні машини, засновані на електризації тертям. З винаходом першого конденсатора (лейденська банку 1745 г.) з'явилася можливість накопичувати великі електричні заряди. Це дозволило в 1750 р Б. Франкліну встановити закон збереження електричного заряду.

У 1785 р був експериментально відкритий закон взаємодії нерухомих електричних зарядів - закон Кулона. З цього часу почалося кількісне вивчення електричних явищ за допомогою винайдених в той час приладів (електроскопом і електрометрів).

На відміну від гравітаційного, в електростатичне взаємодія вступають не всі тіла і частинки. Тим з них, які беруть участь в таких взаємодіях, приписується нову властивість - електричний заряд.

Електричний заряд. Дискретність заряду. Закон збереження електричного заряду Закон Кулона.

За сучасними уявленнями, електричний заряд є скалярною фізичною величиною, яка характеризує здатність тіл вступати в електромагнітні взаємодії і його величина визначає інтенсивність цих взаємодій.

Що ж являє собою електричний заряд? Для того, щоб скласти собі уявлення про це поняття, можна перерахувати властивості, якими володіють електричні заряди.

1) Існує два типи зарядів - позитивні чи негативні, їм відповідають два види зв'язку: однойменні заряди відштовхуються один від одного, а різнойменні - притягуються.

2) Електричний заряд величина релятивістськи інваріантна, тобто він не змінюється при русі з будь-якими швидкостями і не залежить від вибору системи відліку.

3) Заряд має властивість адитивності, тобто заряд будь-якої системи дорівнює алгебраїчній сумі зарядів часток, що складають цю систему.

4) Електричний заряд - дискретний. тобто заряди всіх тіл і частинок, що вступають в електричні взаємодії, складаються з цілого числа елементарних зарядів. У природі у вільному стані існують частинки, що мають мінімальний по модулю заряд, рівний. Тому

де N - ціле число. У цьому полягає дискретність електричного заряду. Заряд електрона дорівнює. тобто є негативним і чисельно рівним елементарному заряду, а заряд протона є позитивним за знаком і чисельно рівним елементарному заряду.

5) М. Фарадеєм було сформульовано закон збереження заряду. в будь-який електроізольовані системі алгебраїчна сума електричних зарядів залишається величиною постійною

Замкнута система: const. (1.2)

У 1785 році Ш Кулоном за допомогою винайдених ним крутильних ваг експериментально було встановлено закон взаємодії нерухомих точкових зарядів. «Точковим» називається заряд, зосереджений на тілі, лінійні розміри якого дуже малі в порівнянні з відстанями до інших заряджених тіл, з якими він взаємодіє. Закон Кулона: сили, з якими взаємодіють два нерухомих точкових заряди в вакуумі, прямо пропорційні добутку цих зарядів і обернено пропорційні квадрату відстані між ними; сили спрямовані вздовж прямої, що з'єднує ці заряди:

де - сила, з якою перший заряд діє на другий заряд, а - радіус - вектор, проведений від першого заряду до другого заряду.

Вхідна в формулу (1.3) величина Ф / м називається електричної постійної, вона виникає під час запису формули закону в міжнародній системі одиниць СІ, а коефіцієнт k пропорційності, що залежить від вибору системи одиниць в системі СІ дорівнює

Якщо взаємодіючі заряди знаходяться в однорідної і ізотропного діелектричної середовищі, то в знаменнику формули (1.3) з'являється безрозмірна величина - діелектрична проникність середовища, яка показує у скільки разів сила взаємодії зарядів в даному середовищі менше, ніж їх сила взаємодії у вакуумі.

для вакууму # 949; = 1, для всіх середовищ # 949;> 1, але з достатнім ступенем точності при проведенні багатьох розрахунків можна прийняти для газів (і для повітря).