58. Электромагнитные взаимодействия в природе. Электромагнитное поле. Элементарный заряд и его свойства. Закон сохранения заряда.

Опыт показывает, что между электрически заряженными и намагниченными телами, а также телами, по которым текут электрические токи, действуют силы, называемые электромагнитными. Относительно природы этих сил в науке выдвигались две противоположные точки зрения. Более старая из них исходила из представления о непосредственном действии тел на расстоянии,без участия каких бы то ни было промежуточных материальных посредников. Более новая точка зрения, принятая в настоящее время, исходит из представления, что взаимодействия передаются с помощью особого материального посредника, называемого электромагнитным полем.

Теория действия на расстоянии в учении об электрических и магнитных явлениях господствовала примерно до последней четверти 19 века. Основная идея этой теории была заимствована из учения о всемирном тяготении. Громадные успехи небесной механики, основанной на законе всемирного тяготения Ньютона (1643—1727), — с одной стороны — и полная неудача как-то объяснить тяготение — с другой — привели многих ученых к представлению, что тяготение, а также электрические и магнитные силы не нуждаются в объяснении, а являются неотъемлемыми, врожденными свойствами материи. По мнению этих ученых, задача теории электричества состояла в том, чтобы установить элементарные законы электрических и магнитных сил и на их основе объяснить все электрические и магнитные явления. Под элементарными законами понимали законы, определяющие силы взаимодействия на расстоянии между точечными электрическими зарядами, точечными магнитными полюсами и элементами тока, т. е. между бесконечно короткими участками бесконечно тонких проводов, по которым текут электрические токи.

Заряд и его свойства

Электростатика – это раздел физики, который изучает существование и взаимодействие неподвижных зарядов

Электрический заряд - скалярная физическая величина, определяющая способность заряженных тел вступать в электромагнитные взаимодействия.

Наименьшим зарядом является заряд электрона. Принято, что электрон имеет условно отрицательный заряд.

Опытным путем американский физик Р. Милликен (1868-1953) показал, что любое заряженное тело имеет заряд, кратный заряду электрона. Дробных зарядов из опыта не обнаружено, но имеется теория кварков о существовании зарядов ,.

Инвариантность заряда состоит в независимости величины заряда от его скорости. Масса электрона , радиус см.

Неподвижный электрический заряд является источником электрического поля.

Всего существует четыре вида взаимодействий:

1. Гравитационное (взаимодействии космических тел).

2. Слабое ядерное взаимодействие (превращения элементарных частиц).

3. Электромагнитное (описания взаимодействий внутри атомов).

4. Сильное ядерное (описания взаимодействий в атомном ядре,).

Два разноименных заряда - притягиваются, одноименных – отталкиваются. Вокруг любого заряда (покоящегося, или движущегося) во всем пространстве, включая место, где находится сам заряд, существует поле. Это поле проявляет себя через воздействие на любой другой заряд, помещенный в это поле.

Закон сохранения заряда

закон сохранения заряда:алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы (не обменивающейся зарядами с внешними телами) остается неизменной при любых процессах внутри системы.

Закон Кулона определяет силу взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов , расположенных на расстоянии друг от друга. Эта сила направлена по линии, соединяющей эти заряды. В системе СИ этот закон имеет вид:

,

где – электрическая постоянная, которая возникла при переходе из СГС в СИ.

;

 - диэлектрическая проницаемость среды, где расположены заряды.

.

Кулон) исследовал угол закручивания нити от силы (работал в области механики). Используя свой прибор, изображенный на рисунке

Прибор – крутильные весы, состоит из: стеклянного коромысла, серебряной нити , , шарика (шарик заряжают стеклянной палочкой), неподвижного шарика (его тоже заряжают).

Ш арики отталкиваются, нить закручивается на угол . Кулон установил, что сила притяжения (отталкивания) шаров пропорциональна произведению зарядов шаров и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:;

Закон Кулона в векторном виде выглядит так:

;

Границы применимости от 10^-13 см до нескольких км (из опытов).

Любой заряд окружен электрическим полем. Поля бывают однородными и неоднородными и каждая точка поля характеризуется двумя величинами:

1. Силовая характеристика поля

2. Скалярный энергетический потенциал .