§ 6.8. Основные выводы главы 6.

1. Термодинамические процессы и их законы используются в тепловых и холодильных машинах, без применения которых немыслима современная техника.

2. Термодинамический метод рассмотрения свойств любых тел, которые являются термодинамическими системами, широко применяется при изучении разных физических явлений и объектов.

3. Термодинамическая система является статистической, и механизм происходящих в ней явлений носит статистический характер.

Раздел 3. Электромагнетизм

Глава 7. Электростатика

§7.1.Электрический заряд. Закон Кулона.

В основе всего разнообразия явлений природы лежат четыре фундаментальных взаимодействия: сильное, электромагнитное, слабое и гравитационное. В механике мы уже упоминали, что гравитационное взаимодействие проявляет себя силой тяжести, а упругая сила и сила трения есть проявление электромагнитного взаимодействия. Каждый вид взаимодействия связан с определенной характеристикой частицы. Так, гравитационное взаимодействие связано с массой, а электромагнитное с электрическим зарядом частицы. Электрический заряд частицы является одной из основных, первичных ее характеристик. Перечислим фундаментальные свойства заряда:

1. Знак - существуют положительные и отрицательные заряды.

2. Квантование – заряд любой частицы (тела) равен целому числу элементарных зарядов; величина элементарного заряда в единицах СИ составляет 1,6^.10¹⁹ Кл; электрон имеет элементарный отрицательный заряд, протон - элементарный положительный заряд.

3. Релятивистская инвариантность – величина заряда не зависит от скорости его движения и одинакова в любой инерциальной системе отсчета¹.

4. Закон сохранения заряда – в любой электрически изолированной (замкнутой) системе частиц алгебраическая сумма зарядов не изменяется.

5. Закон Кулона выражает силу взаимодействия двух точечный зарядов.

(7.1.1)

Точечным зарядом называется заряженная частица, к которой применима модель материальной точки. Рис. 33 иллюстрирует закон Кулона: показаны два точечных заряда на расстоянии и их силы взаимодействия. -вектор силы, действующей на второй заряд со стороны первого, - вектор, проведенный из точки, где находится первый заряд, в точку, где находится второй заряд. Модуль этого вектора равен расстоянию между зарядами: r=. Отметим, что закон Кулона, как и закон всемирного тяготения, утверждает, что сила взаимодействия обратно пропорциональна квадрату расстояния между частицами. Однако, гравитационное взаимодействие всегда есть притяжение масс, тогда как одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. Это отражено в формуле (7.1.1): произведение одноименных зарядов дает положительное число, и векторы и направлены одинаково, заряды отталкиваются. Произведение разноименных зарядов дает отрицательное число, в этом случае векторы и направлены противоположно друг другу, а заряды притягиваются. В соответствии с третьим законом Ньютона F₁=F₂=F. В скалярной форме закон Кулона имеет вид:

F= (7.1.2)

₀ – электрическая постоянная, зависит от выбора системы единиц, в СИ ₀=8,85^.10¹² Ф/м.  - безразмерная величина, диэлектрическая постоянная, индивидуальная характеристика свойств диэлектрика. Она показывает, во сколько раз сила взаимодействия зарядов в диэлектрике меньше, чем в вакууме, при прочих равных условиях. Позже мы выясним ее физический смысл. Отметим, что в воздухе  =1.