Электростатика Известно что при определенных условиях

Электростатика

Известно, что при определенных условиях тела приобретают электрический заряд – электризуются. Наличие электрического заряда проявляется в том, что заряженное тело взаимодействует с другими заряженными телами. Электрический заряд является неотъемлемым свойством некоторых элементарных частиц.

Свойства электрического зар 1. Существует два типа зарядов: положительные и отрицательные 2. Любой заряд q образуется совокупностью элементарных зарядов и является целым кратным величины заряда электрона e = 1, 602177· 10– 19 Кл ≈ 1, 6· 10– 19 Кл.

3. В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной: = const q + q +. . . +q 1 2 3 n 4. Заряд инвариантен по отношению к инерциальным системам отсчета: его значение не изменяется при изменении скорости.

Одним из фундаментальных законов природы является экспериментально установленный закон сохранения электрического заряда. Закон сохранения электрического заряда утверждает, что в замкнутой системе тел не могут наблюдаться процессы рождения или исчезновения зарядов только одного знака.

Заряды могут передаваться (например, при непосредственном контакте) от одного тела к другому. В отличие от массы тела электрический заряд не является неотъемлемой характеристикой данного тела. Одно и то же тело в разных условиях может иметь разный заряд. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются.

Точечным зарядом называют заряженное тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь. Впервые закон взаимодействия неподвижных зарядов был установлен французским физиком Ш. Кулоном (1785 г. ).

С помощью крутильных весов Кулон измерял силу взаимодействия двух заряженных шариков в зависимости от величины зарядов на них и от расстояния между ними. Кулон предполагал, что при касании заряженного металлического шарика с точно таким же, но не заряженным, заряд между ними

В результате своих опытов Кулон пришел к выводу, что сила взаимодействия двух точечных зарядов пропорциональна величине каждого из зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Направление силы совпадает с проходящей через заряды прямой. Закон Кулона может быть выражен следующей формулой

В случае одноименных зарядов, сила оказывается положительной (что соответствует отталкиванию между зарядами). В случае разноименных зарядов сила отрицательна (что соответствует притяжению зарядов друг к другу). Закон Кулона можно записать в векторном виде:

По современным представлениям, электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждое заряженное неподвижное тело создает в окружающем пространстве электростатическое поле. Это поле оказывает силовое действие на другие заряженные тела. Главное свойство электрического поля – действие на электрические заряды с некоторой силой.

Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика – напряженность электрического поля. Напряженностью электрического поля называют физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку пространства, к величине этого заряда

Силовое поле – это область пространства, в каждой точке которого определены соответствующие взаимодействия (силы). Модель силового поля была введена для объяснения механизма дальнодействия: поле рассматривается как материальная среда, являющаяся носителем взаимодействия. Напряженность силового поля – есть скрытая силовая характеристика поля, которая проявляется при внесении в поле пробного тела (массы, заряда).

Напряженность электрического поля – векторная физическая величина. Направление вектора E совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.

Как следует из закона Кулона и определения напряженности, напряженность точечного заряда пропорциональна величине заряда q и обратно пропорциональна квадрату расстояния r от заряда до данной точки поля:

Направлен вектор Е вдоль радиальной прямой, проходящей через заряд и данную точку поля, от заряда, если он положителен, и к заряду, если он отрицателен.

Напряженность электрического поля, создаваемого системой зарядов в данной точке пространства, равна векторной сумме напряженностей электрических полей, создаваемых в той же точке зарядами в отдельности: Это свойство электрического поля означает, что поле

Для упрощения математических расчетов во многих случаях бывает удобно заменить истинное дискретное распределении зарядов фиктивным непрерывным распределением. При переходе к непрерывному распределению, вводят понятие о плотности зарядов (линейной λ, поверхностной σ или объемной ρ):

С учетом эти распределений принцип суперпозиции может быть представлен в другой форме:

Зная вектор Е в каждой точке, можно представить электрическое поле наглядно с помощью линий напряженности, или другими словами линий вектора Е. Эти линии проводят так, чтобы касательная к ним в каждой точке совпадала с направлением вектора Е, а густота линий, была бы пропорциональна модулю вектора Е. Кроме того этим линиям приписывают направление, совпадающее с направлением вектора Е.

По полученной картине можно легко судить о конфигурации данного электрического поля – о направлении и модуле вектора Е в разных точках поля.

Линии Е точечного заряда, очевидно, представляют собой совокупность радиальных прямых, направленных от заряда, если он положителен, и к заряду, если он отрицателен. Линии одним концом опираются на заряд, другим уходят в бесконечность. Линии нигде кроме заряда, не начинаются и не заканчиваются; они, начавшись на заряде (если заряд положителен), уходят в бесконечность, либо, приходя из бесконечности, заканчиваются на заряде (если заряд отрицателен).

Как силовое можно рассматривать также гравитационное поле, и магнитное поле. Иначе говоря, эти поля описываются такими характеристиками – сила и напряженность. Эти характеристики – векторные величины, они проявляются при взаимодействии тел.

Гравитационн Электромагнитное взаимодействие ое взаимодейств ие Электростатическо Магнитное Взаимодейст е взаимодействие вие точечных зарядов параллельных масс токов Здесь , γ – гравитационн ая постоянная где 0 – электрическая постоянная, – диэлектрическая – магнитная сила, действующая на единицу длины проводника с током. Здесь μ 0 –

Электрическое поле электрического диполя (в вакууме) Электрический диполь – система двух равных по модулю и противоположных по знаку зарядов q 1 = q 2 = q. Расстояние между зарядами называется плечом диполя. Электрический дипольный момент

Силовое поле диполя в точках, удаленных от диполя на расстояние .

, . Расчет напряженности поля диполя в точке С, лежащей на серединном перпендикуляре ОС к плечу диполя – напряженность поля, создаваемого каждым зарядом в отдельности.

Расчет поля в точке А, лежащей на оси диполя

Контрольные вопросы 1. 2. 3. 4. 5. Понятие силового поля. Силовые характеристики силового поля Свойства электрического заряда Закон Кулона Напряженность электростатического по