63

Лекция №1

1. Введение

2. Закон сохранения электрического заряда.

3. Взаимодействие точечных зарядов. Закон Кулона.

4. Электрическое поле. Напряженность электрического поля.

5. Потенциал электрического поля.

6. Принцип суперпозиции полей.

Введение

Электрический заряд является неотъемлемым свойством некоторых, так называемых элементарных частиц (электрон, протон, и т. д.). Заряд всех элементарных частиц одинаков по абсолютной величине, его называют элементарным зарядом и обозначают буквой e. Существуют элементарные частицы, которые нельзя выделить в свободном виде, так называемые кварки, заряды которых равны или .

Существуют два вида заряда — положительные (+) и отрицательные (–). Поскольку из элементарных частиц построены атомы вещества, электрические заряды оказываются органически входят в состав всех тел. Обычно частицы, несущие заряды разных знаков присутствуют в равных количествах и в этом случае алгебраическая сумма зарядов тела равна нулю. Если каким либо образом, например натиранием, создать в теле избыток частиц одного знака, тело окажется заряженным. Заряды, возникающие на натертом кожей стекле, условились называть положительными. Заряды, возникающие на натертом шерстью янтаре (эбоните), условились называть отрицательными. Образующийся заряд тела q, является кратным e; . Наличие у тела электрического заряда проявляется в том, что такое тело взаимодействует с другими заряженными телами. Тела, несущие заряды одинакового знака отталкиваются, противоположного знака — притягиваются.

Учение об электричестве и магнетизме распадаются на разделы: а) учение о неподвижных зарядах и связанных с ними неизменных электрических полях — электростатика; б) учение о равномерно движущихся зарядах — постоянный ток и магнетизм; в) учение о не равномерно движущихся зарядах и созданных ими переменных полях — переменный ток, электродинамика, теория электромагнитного поля.

Закон сохранения электрического заряда

Закон сохранения электрического заряда был опытным путем установлен в 1843 г. английским физиком Майклом Фарадеем (1791—1867).

В электрически изолированной системе, т. е. в системе, которая не обменивается зарядами с внешними телами, алгебраическая сумма электрических зарядов является величиной постоянной: .

Закон сохранения электрического заряда выполняется как в макроскопических взаимодействиях, например, при электризации тел трением, когда оба тела заряжаются численно равными зарядами, противоположных знаков, так и в микроскопических взаимодействиях, например, в ядерных реакциях.

Взаимодействие точечных зарядов. Закон Кулона

Точечным зарядом называется заряженное тело, размерами которого можно пренебречь, по сравнению с расстояниями, на которых рассматривается воздействие этого тела на другие заряженные тела.

В 1875 г. французский ученый Агюст Кулон (1736 — 1806) на основании опытов с крутильными весами установил закон, определяющий силу взаимодействия двух неподвижных, точечных зарядов q₁ и q₂ от расстояния r между ними.

Сила взаимодействия F между двумя точечными зарядами пропорциональна произведению величин зарядов q₁ и q₂ и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними: , где K — коэффициент пропорциональности.

Закон Кулона можно записать в векторном виде. Сила , действующая на заряд q₁ со стороны заряда q₂ равна , где — радиус –вектор, проведенный от воздействующего заряда q₂ к заряду q₁, на который действует сила , — единичный вектор, имеющий направление радиус-вектора . Сила направлена в ту же сторону, что и радиус-вектор (сила отталкивания зарядов), — при одинаковом знаке обоих зарядов q₁ и q₂, и в сторону, противоположную радиусу-вектору (сила притяжения), — при различных знаках зарядов q₁ и q₂.

Для установления CGS-единицы заряда (в системе Гаусса) положим в законе Кулона коэффициент пропорциональности К равным единице: .

Отсюда получим: за единицу заряда принят такой точечный заряд, который взаимодействует с равным ему зарядом, помещенным на расстоянии 1 см, с силой в 1 дину. Эта единица называется абсолютной электростатической единицей заряда (1 СГСЭ_q ).

За единицу силы в 1 дину принимают такую силу, которая, действуя на тело массой 1 г, вызывает у него ускорение .