Вікна та двері Основний закон взаємодії електричних зарядів було знайдено Шарлем Кулоном у 1785 р. експериментально. Кулон встановив, що сила взаємодії між двома невеликими зарядженими металевими кульками обернено пропорційна квадрату відстані між ними і залежить від величини зарядів :

,

і -де
.

коефіцієнт пропорційностіСили, що діють на заряди , є центральними

тобто вони спрямовані вздовж прямої, що з'єднує заряди.Закон Кулону можна записати:
,

і -у векторній формі ,

з боку заряду - Радіус-вектор, що з'єднує заряд ;

із зарядом

- Модуль радіус-вектора. Сила, що діє на заряд з боку
,
.

дорівнює

Закон Кулона у такій формі справедливийтільки для взаємодії точкових електричних зарядів

тобто таких заряджених тіл, лінійними розмірами яких можна знехтувати в порівнянні з відстанню між ними.виражає силу взаємодії

між нерухомими електричними зарядами, тобто електростатичний закон.:

Формулювання закону Кулону.

Сила електростатичної взаємодії між двома точковими електричними зарядами прямо пропорційна добутку величин зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані між ними Коефіцієнт пропорційності у законі Кулона

залежить

від властивостей середовища

вибору одиниць виміру величин, що входять до формули. Тому
,

і -можна уявити ставленням;

коефіцієнт, що залежить тільки від вибору системи одиниць виміру - безрозмірна величина, що характеризує електричні властивості середовища, називається відносною діелектричною проникністю середовища

. Вона залежить від вибору системи одиниць виміру і дорівнює одиниці у вакуумі.
,

Тоді закон Кулона набуде вигляду:
,

для вакууму
-тоді між ними і залежить від величини зарядів відносна діелектрична проникність середовища показує, у скільки разів у цьому середовищі сила взаємодії між двома точковими електричними зарядами , що знаходяться один від одного на відстані

менше, ніж у вакуумі.У системі СІ
коефіцієнт

, і:
.

закон Кулона має вигляд Цераціоналізований запис закону К

вулону.
.

- електрична постійна,
,
.

У системі СДСЕУ векторній формі закон Кулону

і -набуває вигляду вектор сили, що діє на заряд ,

з боку заряду - Радіус-вектор, що з'єднує заряд

- Радіус-вектор, що з'єднує заряд r .

Будь-яке заряджене тіло складається з безлічі точкових електричних зарядів, тому електростатична сила, з якою одне заряджене тіло діє інше, дорівнює векторній сумі сил, прикладених до всіх точкових зарядів другого тіла з боку кожного точкового заряду першого тіла.

1.3.Електричне поле. Напруженість.

Простір,в якому знаходиться електричний заряд, має певні фізичними властивостями.

На всякийінший заряд, внесений до цього простору, діють електростатичні сили Кулона.

Якщо у кожній точці простору діє сила, то кажуть, що у цьому просторі існує силове поле.

Поле разом із речовиною є формою матерії.

Якщо поле стаціонарно, тобто не змінюється в часі, і створюється нерухомими електричними зарядами, таке поле називається електростатичним.

Електростатика вивчає лише електростатичні поля та взаємодії нерухомих зарядів.

Для характеристики електричного полявводять поняття напруженості . Напруженістью в кожній точці електричного поля називається вектор , чисельно рівний відношенню сили, з якою це поле діє на пробний позитивний заряд, поміщений у дану точкуі величини цього заряду, і спрямований у бік дії сили.

Пробний заряд, що вноситься в поле, передбачається точковим і часто називається пробним зарядом.

- Він не бере участі у створенні поля, яке з його допомогою вимірюється.

Передбачається, що цей заряд не спотворює досліджуваного поля, тобто він досить малий і не викликає перерозподіл зарядів, що створюють поле.

Якщо на пробний точковий заряд поле діє силою , то напруженість
.

Одиниці напруженості:

СІ:

СДСЕ:

У системі СІ вираз для поля точкового заряду:

.

У векторній формі:

Тут – радіус-вектор, проведений із заряду q, Що створює поле, на цю точку.

Т
яким чином, вектори напруженості електричного поля точкового зарядуq у всіх точках поля спрямовані радіально(Рис.1.3)

- від заряду, якщо він позитивний, «витік»

- і до заряду, якщо він негативний«стік»

Для графічної інтерпретаціїелектричного поля вводять поняття силової лінії аболінії напруженості . Це

крива , що стосується кожної точки до якої збігається з вектором напруженості..

Лінія напруженості починається на позитивному заряді та закінчується на негативному.

Лінії напруженості не перетинаються, тому що в кожній точці поля вектор напруженості має лише один напрямок.

Тема 1.1 ЕЛЕКТРИЧНІ ЗАРЯДИ.

Розділ 1 ОСНОВИ ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ

1. Електризація тел. Поняття величину заряду.

Закон збереження заряду.

2. Сили взаємодії між зарядами.

Закон Кулону.

3. Діелектрична проникність середовища.

4. Міжнародна системаодиниць у електриці.

1. Електризація тел. Поняття величину заряду.

Закон збереження заряду.

Якщо дві поверхні привести до щільного дотику, то можливий перехід електронів з однієї поверхні в іншу, у своїй цих поверхнях з'являються електричні заряди.

Це називається ЕЛЕКТРИЗАЦІЄЮ. При терті площа щільного зіткнення поверхонь збільшується, збільшується і величина заряду на поверхні – таке явище називають ЕЛЕКТРИЗАЦІЄЮ ТРАННЯМ.

У процесі електризації відбувається перерозподіл зарядів, у результаті обидві поверхні заряджаються рівними за величиною, протилежними за знаком зарядами.

Т.к. всі електрони мають однакові заряди (отриц.) е = 1,6 10Кл, то для того, щоб визначити величину заряду на поверхні (q), необхідно знати, скільки електронів у надлишку або нестачі на поверхні (N) і заряд одного електрона.

У процесі електризації нові заряди не з'являються і не зникають, а лише відбувається їх перерозподілміж тілами чи частинами тіла, тому сумарний заряд замкнутої системи тіл залишається постійним, у цьому полягає сенс ЗАКОНУ ЗБЕРІГАННЯ ЗАРЯДУ.

2. Сили взаємодії між зарядами.

Закон Кулону.

Електричні заряди взаємодіють між собою, перебуваючи з відривом, у своїй однойменні заряди відштовхуються, а різноіменні – притягуються.

Вперше з'ясував досвідченимвід чого залежить сила взаємодії між зарядами французький вчений Кулон і вивів закон, названий законом КУЛОНА. Закон фундаментальний, тобто. заснований на дослідах. При виведенні цього закону Кулон використовував крутильні ваги.

3) k - коефіцієнт, що виражає залежність від навколишнього середовища.

Формула закону Кулону.

Сила взаємодії між двома нерухомими точковими зарядами прямо пропорційна добутку величин цих зарядів і обернено пропорційна квадрату відстаней між ними, і залежить від середовища, в якому знаходяться ці заряди, і спрямована вздовж прямої, що з'єднує центри цих зарядів.

3. Діелектрична проникність середовища.

Е - діелектрична проникність середовища, залежить від навколишнього заряду середовища.

Е = 8,85 * 10 - Постійна фізична, діелектрична проникність вакууму.

Е – відносна діелектрична проникність середовища, що показує у скільки разів сила взаємодії між точковими зарядами у вакуумі більша ніж у даному середовищі. У вакуумі найсильніша взаємодія між зарядами.

4. Міжнародна система одиниць у електриці.

Основною одиницею для електрики у системі «СІ» є сила струму в 1А, й інші одиниці виміру є похідними від 1Ампера.

1Кл – кількість електричного заряду, що переноситься зарядженими частинками через поперечний перерізпровідника при силі струму 1А за 1с.

q=N;

Тема 1.2 ЕЛЕКТРИЧНЕ ПОЛЕ

1. Електричне поле- як особливий видматерії.

6. Зв'язок різниці потенціалів із напруженістю електричного поля.

1. Електричне поле як особливий вид матерії.

У природі як вид матерії є електромагнітне поле. У різних випадкахелектромагнітне поле проявляє себе по-різному, так наприклад, біля нерухомих зарядів проявляє себе тільки електричне поле, яке називають електростатичним. Біля рухомих зарядів можна знайти як електричне, і магнітне поля, які у сукупності представляють ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ПОЛЯ.

Розглянемо властивості електростатичних полів:

1) Електростатичне поле створюється нерухомими зарядами, виявити такі поля можна

з допомогою пробних зарядів (невеликий за величиною позитивний заряд), т.к. тільки на них електричне поле має силову дію, яка підпорядковується закону Кулона.

2. Напруженість електричного поля.

Ел.поле як вид матерії має енергію, масу, поширюється в просторі з кінцевою швидкістю і теоретичних кордонів не має.

Практично вважається, що поля немає, якщо воно не надає помітної дії на пробні заряди.

Так як виявити поле можна за допомогою силового впливу на пробні заряди, то основною характеристикою електричного поля є напруженість.

Якщо в ту саму точку електричного поля вносити різні за величиною пробні заряди, то між чинною силоюта величиною пробного заряду пряма пропорційна залежність.

Коефіцієнтом пропорційності між діючою силою та величиною заряду є напруженість Е.

Е = формула розрахунку напруженості електричного поля, якщо q = 1 Кл, то | E | = | F |

Напруженість є силовою характеристикою точок електричного поля, т.к. вона чисельно дорівнює силі, що діє на заряд 1 Кл у цій точці електричного поля.

Напруженість – величина векторна, вектор напруженості за напрямом збігається з вектором сили, що діє на позитивний заряд у цій точці електричного поля.

3. Лінії напруженості електричного поля. Однорідне електричне поле.

А, щоб наочно можна було зображати електричне полі, тобто. графічно використовують лінії напруженості електричного поля. Це такі лінії, інакше звані силовими лініями, дотичні до яких у напрямку збігаються з векторами напруженості в точках електричного поля, через які ці лінії проходять,

Лінії напруженості мають такі властивості:

1) Починаються на полож. зарядах, що закінчуються – на негативних, або починаються на положення. зарядах і йдуть у нескінченність, або приходять з нескінченності і закінчуються на позитивних зарядах.

2) Ці лінії безперервні і ніде не перетинаються.

3) Густота ліній (кількість ліній на одиницю площі поверхні) і напруженість електричного поля знаходяться у прямій та пропорційній залежності.

У однорідному електричному полі напруженість у всіх точках поля однакова, графічно поля зображуються паралельними лініями на рівній відстані один від одного. Таке поле можна отримати між двома паралельними плоскими зарядженими пластинами на невеликій відстані один від одного.

4. Робота із переміщення заряду в електричному полі.

Помістимо у однорідне електричне поле електричний заряд. З боку поля на заряд діятимуть сили. Якщо заряд переміщати, може здійснюватися робота.

Досконала робота на дільницях:

А = q E d - Формула розрахунку роботи з переміщення заряду в електричному полі.

Висновок: Робота з переміщення заряду в електричному полі від форми траєкторії не залежить, а вона залежить від величини заряду (q), що переміщується, напруженості поля (Е), а також від вибору початкової і кінцевої точок переміщення (d).

Якщо заряд в електричному полі переміщати по замкнутому контуру, то робота буде дорівнювати 0. Такі поля називаються потенційними полями. Тіла в таких полях мають потенційну енергію, т.ч. електричний заряд у будь-якій точці електричного поля має енергію і виконувана робота в електричному полі дорівнює різниці потенційних енергій заряду в початковій та кінцевій точках переміщення.

5. Потенціал. Різниця потенціалів. Напруга.

Якщо цю точку електричного поля поміщати різні за величиною заряди, то потенційна енергія заряду та її величина перебувають у прямої пропорційної залежності.

-(Фі) потенціал точки електричного поля

приймемо

Потенціал є енергетичною характеристикою точок електричного поля, т.к. він чисельно дорівнює потенційної енергії заряду 1 Кл у цій точці електричного поля.

На рівних відстанях від точкового заряду потенціали точок поля однакові. Ці точки утворюють поверхню рівного потенціалу і такі поверхні називаються еквіпотенційними поверхнями. На площині це кола, у просторі – це сфери.

Напруга

Формули розрахунку роботи із переміщення заряду в електричному полі.

1В - напруга між точками електричного поля при переміщенні в яких заряду в 1Кл здійснюється робота в 1 Дж.

- формула, що встановлює зв'язок між напруженістю електричного поля, напругою та різницею потенціалів.

Напруженість чисельно дорівнює напрузі чи різниці потенціалів між двома точками поля взятими вздовж однієї силової лінії з відривом 1м. Знак (-) означає, що вектор напруженості завжди спрямований у бік точок поля зі зменшується потенціалом.

Публікації за матеріалами Д. Джанколі. "Фізика у двох томах" 1984 р. Том 2.

Між електричними зарядами діє сила. Як вона залежить від величини зарядів та інших факторів?
Це питання досліджував у 1780-х роках французький фізик Шарль Кулон (1736-1806). Він скористався крутильними вагами, дуже схожими на ті, які застосовував Кавендіш для визначення постійної гравітаційної.
Якщо до кульки на кінці стрижня, підвішеного на нитці, підніжжя заряд, стрижень злегка відхиляється, нитка закручується, і кут повороту нитки буде пропорційний силі, що діє між зарядами (крутильні ваги). За допомогою цього приладу Кулон визначив залежність сили від величини зарядів та відстані між ними.

У ті часи ще не було приладів для точного визначення заряду, але Кулон зумів приготувати невеликі кульки з відомим співвідношенням зарядів. Якщо заряджена провідна кулька, міркував він, привести в дотик з такою самою незарядженою кулькою, то на першому заряд в силу симетрії розподілиться порівну між двома кульками.
Це дало можливість отримувати заряди, що становили 1/2, 1/4 тощо. від первісного.
Незважаючи на деякі труднощі, пов'язані з індукуванням зарядів, Кулон вдалося довести, що сила, з якою одне заряджене тіло діє на інше мале заряджене тіло, прямо пропорційна електричному заряду кожного з них.
Іншими словами, якщо заряд будь-якого з цих тіл подвоїти, то подвоїться сила; якщо ж подвоїти одночасно заряди обох тіл, то сила стане вчетверо більшою. Це справедливо за умови, що відстань між тілами залишається постійною.
Змінюючи відстань між тілами, Кулон виявив, що діюча між ними сила обернено пропорційна квадрату відстані: якщо відстань, скажімо, подвоюється, сила стає вчетверо меншою.

Отже, уклав Кулон, сила, з якою одне мале заряджене тіло (в ідеальному випадку - точковий заряд, тобто тіло, подібно до матеріальної точки не має просторових розмірів) діє на інше заряджене тіло, пропорційна добутку їх зарядів Q 1 та Q 2 і обернено пропорційна квадрату відстані між ними:

Тут k-Коефіцієнт пропорційності.
Це співвідношення відоме як закон Кулона; його справедливість підтверджена ретельними експериментами, набагато точнішими, ніж початкові важко відтворювані досліди Кулона. Показник ступеня 2 встановлено нині з точністю 10 -16, тобто. він дорівнює 2 ± 2×10 -16 .

Якщо ми тепер маємо справу з новою величиною - електричним зарядом, ми можемо підібрати таку одиницю виміру, щоб постійна у формулі дорівнювала одиниці. І справді, така система одиниць ще недавно широко використовувалася у фізиці.

Йдеться про систему СГС (сантиметр-грам-секунду), в якій використовується електростатична одиниця заряду СГСЕ. За визначенням два малих тіла, кожне із зарядом 1 СГСЕ, розташовані на відстані 1 см один від одного, взаємодіють із силою 1 діна.

Тепер, однак, заряд найчастіше виражають у системі СІ, де його одиницею є кулон (Кл).
Точне визначення кулона через електричний струмі магнітне поле ми наведемо пізніше.
У системі СІ постійна kмає величину k= 8,988 × 109 Нм 2 /Кл 2 .

Заряди, що виникають при електризації тертям звичайних предметів (гребінця, пластмасової лінійки тощо), по порядку величини складають мікрокулон і менше (1 мкКл = 10 -6 Кл).
Заряд електрона (негативний) приблизно дорівнює 1602×10 -19 Кл. Це найменший відомий заряд; він має фундаментальне значення та позначається символом е, Його часто називають елементарним зарядом.
е= (1,6021892 ± 0,0000046)×10 -19 Кл, або е≈ 1,602×10 -19 Кл.

Оскільки тіло не може придбати або втратити частку електрона, сумарний заряд тіла має бути цілим кратним елементарного заряду. Кажуть, що заряд квантується (тобто може набувати лише дискретних значень). Однак, оскільки заряд електрона едуже малий, зазвичай ми не помічаємо дискретності макроскопічних зарядів (заряду 1 мкКл відповідають приблизно 10 13 електронів) і вважаємо заряд безперервним.

Формула Кулона характеризує силу, з якою один заряд діє інший. Ця сила спрямована вздовж лінії, що з'єднує заряди. Якщо знаки зарядів однакові, то сили, що діють заряди, спрямовані в протилежні сторони. Якщо ж знаки зарядів різні, то сили, що діють на заряди, спрямовані назустріч один одному.
Зауважимо, що відповідно до третього закону Ньютона сила, з якою один заряд діє на інший, дорівнює за величиною і протилежна за напрямом силі, з якою другий заряд діє на перший.
Закон Кулона можна записати у векторній формі подібно до закону всесвітнього тяжінняНьютона:

де F 12 - вектор сили, що діє на заряд Q 1 з боку заряду Q 2,
- Відстань між зарядами,
- одиничний вектор, спрямований від Q 2 до Q 1.
Слід мати на увазі, що формула застосовна лише до тіл, відстань між якими значно більша за їхні власні розміри. В ідеальному випадку це точкові заряди. Для тіл кінцевого розміру не завжди зрозуміло, як відраховувати відстань - Радіус-вектор, що з'єднує зарядміж ними, тим більше, що розподіл заряду може бути і неоднорідним. Якщо обидва тіла – сфери з рівномірним розподілом заряду, то - Радіус-вектор, що з'єднує зарядозначає відстань між центрами сфер. ε 0 Важливо також розуміти, що формула визначає силу, чинну даний заряд із єдиного заряду. kЯкщо система включає кілька (або багато) заряджених тіл, то результуюча сила, що діє на цей заряд, буде рівнодією (векторною сумою) сил, що діють із боку інших зарядів. Постійна у формулі Закону Кулона зазвичай виражається через іншу константу, , так звану електричну постійну, яка пов'язана з 1співвідношенням k =

/(4πε 0)

. З огляду на це закон Кулона можна переписати в наступному вигляді:

де з найвищою на сьогодні точністю ε 0 або округлено Запис більшості інших рівнянь електромагнітної теорії спрощується під час використання, оскільки

Закон Кулона описує силу, що діє між двома зарядами, що покояться. Коли заряди рухаються, з-поміж них виникають додаткові сили, і їх ми обговоримо в наступних розділах. Тут же розглядаються тільки заряди, що покояться; цей розділ вчення про електрику називається електростатикою.

Далі буде. Коротко про наступну публікацію:

Електричне поле - один із двох компонентів електро магнітного поля, що є векторним полем, що існує навколо тіл або частинок, що володіють електричним зарядом, або виникає при зміні магнітного поля.

Зауваження та пропозиції приймаються та вітаються!

Заряди та електрика - це терміни, обов'язкові для тих випадків, коли спостерігається взаємодія заряджених тіл. Сили відштовхування і тяжіння ніби походять від заряджених тіл і поширюються одночасно в усіх напрямках, поступово згасаючи з відривом. Цю силу свого часу відкрив відомий французький дослідник природи Шарль Кулон, і правило, якому підпорядковуються заряджені тіла, з тих пір називається Закон Кулона.

Шарль Кулон

Французький вчений народився у Франції, де здобув блискучу освіту. Він активно застосовував отримані знання в інженерних науках і зробив значний внесок теорію механізмів. Кулон є автором робіт, в яких вивчалася робота вітряків, статистика різних споруд, крутіння ниток під впливом зовнішніх сил. Одна з цих робіт допомогла відкрити закон Кулона-Амонтона, який пояснює тертя.

Але основний внесок Шарль Кулон зробив вивчення статичної електрики. Досвіди, які проводив цей французький вчений, підвели його до розуміння одного із найбільш фундаментальних законів фізики. Саме йому завдячуємо знанням природи взаємодії заряджених тіл.

Передісторія

Сили тяжіння та відштовхування, з якими електричні заряди діють один на одного, спрямовані вздовж прямої, що з'єднує заряджені тіла. Зі збільшенням відстані ця сила слабшає. Через століття після того, як Ісаак Ньютон відкрив свій всесвітній закон тяжіння, французький учений Ш. Кулон досліджував експериментальним шляхом принцип взаємодії між зарядженими тілами та довів, що природа такої сили аналогічна силам тяжіння. Більше того, як виявилося, ті тіла, що взаємодіють, в електиричному полі поводяться так само, як і будь-які тіла, що володіють масою, в гравітаційному полі.

Прилад Кулону

Схема приладу, з якого Шарль Кулон робив свої виміри, наведено малюнку:

Як можна бачити, по суті ця конструкція не відрізняється від того приладу, яким свого часу Кавендіш вимірював величину постійної гравітаційної. Ізолюючий стрижень, підвішений на тонкій нитці, закінчується металевою кулькою, якій повідомлено певний електричний заряд. До кульки наближають інший металева кулькаа потім, у міру зближення, вимірюють силу взаємодії за ступенем закручування нитки.

Експеримент Кулону

Кулон припустив, що до сили, з якою закручується нитка, можна застосувати вже відомий тоді Закон Гука. Вчений порівняв зміну сили при різній дистанції однієї кульки від іншої та встановив, що сила взаємодії змінює своє значення обернено пропорційно квадрату дистанції між кульками. Кулон зумів змінювати значення зарядженої кульки від q до q/2, q/4, q/8 тощо. При кожній зміні заряду сила взаємодії пропорційно змінювала своє значення. Так, поступово було сформульовано правило, яке згодом було названо «Закон Кулону».

Визначення

Експериментальним шляхом французький учений довів, що сили, з якими взаємодіють два заряджені тіла, пропорційні добутку їх зарядів і обернено пропорційні квадрату відстані між зарядами. Це твердження і є законом Кулона. У математичному вигляді він може бути виражений так:

У цьому виразі:

• q-кількість заряду;
• d – відстань між зарядженими тілами;
• k-електрична постійна.

Значення електричної постійної багато в чому залежить від вибору одиниці виміру. У сучасної системивеличина електричного заряду вимірюється в кулонах, а електрична стала, відповідно, в ньютон×м 2 / кулон 2 .

Останні виміри показали, що цей коефіцієнт повинен враховувати діелектричну проникність середовища, в якому проводиться досвід. Зараз величину показують як співвідношення k=k 1 /e, де до 1 є вже знайомої нам електричної константою, а чи не є показником діелектричної проникності. У разі вакууму ця величина дорівнює одиниці.

Висновки із закону Кулона

Вчений експериментував із різною величиною зарядів, перевіряючи взаємодію між тілами з різною величиною заряду. Зрозуміло, виміряти електричний заряд у якихось одиницях не міг - бракувало ні знань, ні відповідних приладів. Шарль Кулон зміг розділяти снаряд, торкаючись незарядженим до зарядженої кульки. Так він отримував дрібні значення вихідного заряду. Ряд дослідів показав, що електричний заряд зберігається, відбувається обмін без збільшення чи зменшення кількості заряду. Цей фундаментальний принцип ліг основою закону збереження електричного заряду. В даний час доведено, що цей закон дотримується і в мікросвіті елементарних частинок і в макросвіті зірок та галактик.

Умови, необхідні для виконання закону Кулону

Щоб закон виконуються з більшою точністю, необхідно виконання таких умов:

• Заряди мають бути точковими. Іншими словами, дистанція між зарядженими тілами, що спостерігаються, повинна бути набагато більшою від їх розмірів. Якщо заряджені тіла мають сферичну форму, можна вважати, що весь заряд перебуває у точці, що є центром сфери.
• Вимірювані тіла мають бути нерухомими. Інакше на заряд, що рухається, впливатимуть численні сторонні фактори, наприклад, сила Лоренца, яка надає зарядженому тілу додаткове прискорення. А також магнітне поле зарядженого тіла, що рухається.
• Ті, що спостерігаються, повинні знаходитися у вакуумі, щоб уникнути впливу потоків повітряних мас на результати спостережень.

Закон Кулону та квантова електродинаміка

З погляду квантової електродинаміки взаємодія заряджених тіл відбувається у вигляді обміну віртуальними фотонами. Існування таких часток, що не спостерігаються, і нульової маси, але не нульового заряду побічно підтверджується принципом невизначеності. Відповідно до цього принципу, віртуальний фотон може існувати між миттєвістю випромінювання такої частки та її поглинання. Чим менша відстань між тілами, тим менше часу витрачає фотон на проходження шляху, отже, тим більша енергія фотонів, що випускаються. При невеликій дистанції між зарядами, що спостерігаються, принцип невизначеності допускає обмін і короткохвильовими і довгохвильовими частинками, а при великих відстаняхкороткохвильові фотони в обміні не беруть участь.

Чи є межі застосування закону Кулону

Закон Кулона повністю пояснює поведінку двох точкових зарядів у вакуумі. Але коли йдеться про реальні тіла, слід брати до уваги об'ємні розміри заряджених тіл і характеристики середовища, в якому ведеться спостереження. Наприклад, деякі дослідники спостерігали, що тіло, яке несе у собі невеликий заряд і примусово внесене в електричне поле іншого об'єкта з великим зарядом, починає притягатися до цього заряду. У цьому випадку твердження, що однойменно заряджені тіла відштовхуються, дає збій, і слід шукати інше пояснення явищу, що спостерігається. Швидше за все, тут не йде мовапро порушення закону Кулона або принципу збереження електричного заряду – можливо, що ми спостерігаємо невивчені до кінця явища, пояснити які наука зможе трохи згодом.

Концепція електрики. Електризація. Провідники, напівпровідники та діелектрики. Елементарний заряд та його властивості. Закон Кулону. Напруженість електричного поля. Принцип суперпозиції. Електричне поле як прояв взаємодії. Електричне поле елементарного диполя.

Термін електрика походить від грецького слова електрон (бурштин).

Електризацією називають процес повідомлення тілу електричного

заряду. Цей термін ввів у 16 ​​столітті англійський вчений та лікар Джілберт.

ЕЛЕКТРИЧНИЙ ЗАРЯД – ЦЕ ФІЗИЧНА СКАЛЯРНА ВЕЛИЧИНА, ХАРАКТЕРИЗУЮЧА ВЛАСТИВОСТІ ТІЛ АБО ЧАСТИН ВСТУПАТИ І ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ВЗАЄМОДІЇ, І ВИЗНАЧАЮЧІ ЕВЕДІЙНІ.

Властивості електричних зарядів:

1.В природі існують два типи електричних зарядів. Позитивні (виникають на склі потертому про шкіру) і негативні (виникають на ебоніті потертому про хутро).

2. Одноіменні заряди відштовхуються, різноіменні притягуються.

3. Електричний заряд НЕ ІСНУЄ БЕЗ ЧАСТИНОК НОСІЙ ЗАРЯДУ (електрон, протон, позитрон та ін.) Наприклад з електрона та ін елементарних заряджених частинок не можна зняти е/заряд.

4.Електричний заряд дискретний, тобто. заряд будь-якого тіла становить ціле кратне від елементарного електричного заряду е(е = 1,6 10-19 Кл). Електрон (те= 9,11 10 -31 кг) та протон (т р = 1,67 10 -27 кг) є відповідно носіями елементарних негативного та позитивного зарядів. (Відомі частинки з дробовим електричним зарядом: – 1/3 е і 2/3 е – це кварки та антикварки , але у вільному стані вони не виявлені).

5. Електричний заряд – величина релятивістськи інваріантна , тобто. не залежить від системи відліку, а отже, не залежить від того, рухається цей заряд чи спочиває.

6. З узагальнення дослідних даних встановлено фундаментальний закон природи - закон збереження заряду: алгебраїчна сум-

ма електричних зарядів будь-якої замкнутої системи(системи, що не обмінюється зарядами із зовнішніми тілами) залишається незмінною, хоч би які процеси відбувалися всередині цієї системи.

Закон експериментально підтверджений 1843 р. англійським фізиком

М. Фарадеєм ( 1791 - 1867) та ін., підтверджений народженням та анігіляцією частинок та античастинок.

Одиниця електричного заряду (похідна одиниця, оскільки визначається через одиницю сили струму) - кулон (Кл): 1 Кл - електричний заряд,

проходить через поперечний переріз провідника при силі струму 1 А протягом 1с.

Усі тіла у природі здатні електризуватися, тобто. набувати електричного заряду. Електризація тіл може здійснюватися у різний спосіб: дотиком (тертям), електростатичною індукцією

та ін. Будь-який процес зарядження зводиться до поділу зарядів, у якому одному з тіл (чи частини тіла) утворюється надлишок позитивного заряду, але в іншому (чи іншій частині тіла) - надлишок негативного заряду. Загальна кількістьзарядів обох знаків, які у тілах, не змінюється: ці заряди лише перерозподіляються між тілами.

Електризація тіл можлива тому, що тіла складаються із заряджених частинок. У процесі електризації тіл можуть переміщатися електрони та іони, що знаходяться у вільному стані. Протони залишаються у ядрах.

Залежно від концентрації вільних зарядів тіла поділяються на провідники, діелектрики та напівпровідники.

Провідники- Тіла, в яких електричний заряд може перемішатися по всьому його об'єму. Провідники поділяються на дві групи:

1) провідники першого роду (метали) - перенесення в

них зарядів (вільних електронів) не супроводжується хімічними

перетвореннями;

2) провідники другого роду (наприклад, розплавлені солі, ра-

створи кислот) - перенесення в них зарядів (позитивних та негативних

іонів) веде до хімічних змін.

Діелектрики(Наприклад, скло, пластмаси) - тіла, в яких практично відсутні вільні заряди.

Напівпровідники (наприклад, германій, кремній) займають

проміжне положенняміж провідниками та діелектриками. Зазначене поділ тіл є дуже умовним, проте велика відмінність у яких концентрацій вільних зарядів обумовлює величезні якісні розбіжності у тому поведінці і тому виправдовує поділ тіл на провідники, діелектрики і напівпровідники.

ЕЛЕКТРОСТАТИКА- наука про нерухомі заряди

Закон Кулону.

Закон взаємодії нерухомих точкових електричних зарядів

Експериментально встановлено у 1785 р. Ш. Кулоном за допомогою крутильних ваг.

подібних тем, які використовували Г. Кавендіш для визначення гравітаційної постійної (раніше цей закон був відкритий Г. Кавендішем, проте його робота залишалася невідомою понад 100 років).

Точковим зарядом,називається заряджене тіло або частка, розмірами яких можна знехтувати, порівняно з відстанню до них.

Закон Кулону: сила взаємодії між двома нерухомими точковими зарядами, що знаходяться у вакуумі,пропорційна зарядам q 1і q 2 ,і обернено пропорційна квадрату відстані r між ними :

k - коефіцієнт пропорційності, що залежить від вибору системи

У СІ

Величина ε 0 називається електричної постійної; вона відноситься до

числу фундаментальних фізичних постійних і дорівнює:

ε 0 = 8,85 ∙10 -12 Кл 2 /Н∙м 2

векторної форми закон Кулона у вакуумі має вигляд:

де - радіус вектор, що з'єднує другий заряд з першим, F 12 - сила, що діє з другого заряду на перший.

Точність виконання закону Кулона на великих відстанях, аж до

10 7 м, встановлена ​​при дослідженні магнітного поля за допомогою супутників

у навколоземному просторі. Точність його виконання на малих відстанях, аж до 10 -17 м, перевірена експериментами щодо взаємодії елементарних частинок.

Закон Кулона у середовищі

У всіх середовищах сила кулонівської взаємодії менша порівняно з силою взаємодією у вакуумі або повітрі. Фізична величина, що показує у скільки разів сила електростатичної взаємодії у вакуумі більше, ніж у даному середовищі, називається діелектричною проникністю середовища та позначається буквою ε.

ε = F у вакуумі / F у середовищі

Закон кулону в загальному виглядіу СІ:

Властивості кулонівських сил.

1.Кулонівські сили – це сили центрального типу, т.к. спрямовані вздовж прямої, що з'єднує заряди

Кулонівська сила є силою тяжіння, якщо знаки зарядів різні та силою відштовхування, якщо знаки зарядів однакові

3. Длякулонівських сил справедливий 3 закон Ньютона

4.Кулонівські сили підпорядковуються принципу незалежності чи суперпозиції, т.к. сила взаємодії між двома точковими зарядами не зміняться з появою поблизу інших зарядів. Результуюча сила електростатичної взаємодії, що діє на даний заряд, дорівнює векторній сумі сил взаємодії даного заряду з кожним зарядом системи окремо.

F= F 12 +F 13 +F 14 + ∙∙∙ +F 1 N

Взаємодія між зарядами здійснюється за допомогою електричного поля. Електричне поле – це особлива форма існування матерії, з якої здійснюється взаємодія електричних зарядів. Електричне поле поводиться тим, що у будь-який інший заряд внесений у це полі діє з силою. Електростатичне поле створюється нерухомими електричними зарядами та поширюється у просторі з кінцевою швидкістю с.

Силова характеристика електричного поля називається напруженістю.

Напруженістюелектричного в деякій точці називають фізичну величину, рівну відношенню сили, з якою поле діє позитивний пробний заряд, поміщений у цю точку, до модуля цього заряду.

Напруженість поля точкового заряду q:

Принцип суперпозиції:напруженість електричного поля, створюваного системою зарядів у цій точці простору, дорівнює векторній сумі напруженостей електричних полів, створюваних у цій точці кожним зарядом окремо (без інших зарядів).