Лекция 14 электростатика.

14.1 Взаимодействие электрических зарядов. Закон кулона

В VII в. до н. э. греческий философ Фалес Милетский описал способность янтаря, натертого шелком притягивать к себе некоторые легкие предметы. И только в 1600 г. Джильбертом (врач, Англии) проведены аналогичные опыты. Он обнаружил, что стекло, а также другие тела, натертые кожей, стеклом и т. п. мягкими материалами, притягивают легкие материалы. Это явление называется электризацией. Раздел учения об электричестве называется электростатикой.

Существуют два вида электрических зарядов, условно называемых положительным (стекло, натертое кожей) и отрицательным (заряд, приобретаемый кожей).

Элементарный электрический заряд равен е=1,602·10^-19 кал. Такой отрицательный заряд имеет электрон (открыт в 1897 г. Англ. Физ. Дж. Томсоном) и положительный - протон (открыт в 1919 г. Англ. физиком Резерфордом).

Поскольку всякий заряд q- это совокупность элементарных зарядов, то он является целым кратным заряду электрона (е):

Тело (или часть тела) электрически заряжено, если в пределах его объема число положительных элементарных зарядов больше или меньше числа отрицательных зарядов. Для электрически нейтральных тел эти числа равны.

Молекулы, потерявшие либо присоединившие к себе один или несколько электронов, называются ионами (положительными или отрицательными).

Заряды не создаются и не пропадают, они могут быть лишь переданы от одного тела другому, или перемещены внутри данного тела. Т. о. «в изолированной системе алгебраическая сумма электрических зарядов остается постоянной».

q₁₊q₂+…. + q_n =const.

Это утверждение носит название закона сохранения электрического заряда. Экспериментально подтвержденный в 1843 г. М. Фарадеем.

Тела, которые не проводят электричества, называются диэлектриками. К ним относятся янтарь, стекло и т. д. Заряженные частицы в них могут только несколько смешиваться, относительно определенных положений равновесия или изменяют свою ориентировку.

Полупроводники - кристаллические тела (германий, селен, кремний и др.), электрические свойства, которых в зависимости от их состава, строения и состояния, изменяются в очень широких интервалах.

Единицей измерения электрического заряда (количество электричества) является кулон (к).

(1)

Согласно (1): 1 кл равен электрическому заряду, проходящему за 1 сек. через поперечное сечение проводника с током в 1 А.

Электростатика изучает взаимодействие и условия равновесия покоящихся электрически заряженных тел, а также и свойства этих тел. Основным законом электростатики является закон взаимодействия зарядов, был установлен Кулоном в 1785 г. для точечных зарядов. Точечным зарядом называется заряженное тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием от этого тела до других тел, несущих электрический заряд.

«Два точечных заряда взаимодействуют в вакууме с силой F, пропорциональна величинам зарядов q₁ и q₂ и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними. Направление силы совпадают с проходящей через заряды прямой».

(2), где к – коэффициент пропорциональности.

В случае одноименных зарядов, F>0, сила положительна (что соответствует отталкиванию между зарядами). Если заряды разноименные, то сила F>0 отрицательна (что соответствует притяжению зарядов).

Взаимодействие заряженных тел зависит от их формы и размеров. Например, взаимодействия тел не шарообразной формы вычисляются путем векторного сложения сил взаимодействия всех точечных зарядов, составляющих заряды этих тел.

Коэффициент пропорциональности в законе Кулона полагают равным

(3) (система си), где - электрическая постоянная и является

величиной размерной. И закон для вакуума имеет вид:

(4), где - относительная диэлектрическая

проницаемость для среды (для вакуума ). Из формулы (4) определяется

; или .

Электрические заряды взаимодействуют друг с другом через пространство, т. е. посредствам поля. Полем называется форма материи, которая осуществляет определенные взаимодействия между частицами. Всякий заряд изменяет свойства окружающего его пространства – создает в нем электрическое поле. Электрическое поле проявляет себя в том, что помещенный в какую – либо его точку электрический заряд оказывается под действием силы. По величине силы, действующей на данный заряд, можно, очевидно, судить об « интенсивности» поля.