Напряженность электрического поля
Модуль 2.1
ГЛАВА 1 Электростатическое поле в вакууме
Электрический заряд. Закон Кулона
В настоящее время известно, что в основе всего разнообразия явлений природы лежат четыре фундаментальных взаимодействия между элементарными частицами – сильное ядерное, слабое ядерное, электромагнитное и гравитационное. Каждый вид взаимодействия связывается с определенной характеристикой частицы. Например, гравитационное взаимодействие зависит от масс частиц, электромагнитное от электрических зарядов.
Свойства электрического заряда:
1. Электрический заряд существует в двух видах: как положительный 
, так и отрицательный 
.
2. В любой электрический изолированной системе алгебраическая сумма зарядов не изменяется: 
- это утверждение выражает закон сохранения электрического заряда.
3. Всякий заряд 
образуется совокупностью элементарных зарядов, поэтому он является целым кратным 
: 
, где 
Кл – элементарный заряд, - это означает,что электрический заряд квантуется.
4. Электрический заряд является релятивистки инвариантным: его величина не зависит от скорости, с которой он движется. Это означает, что величина заряда, измеренная в различных инерциальных системах отсчета, оказывается одинаковой.
Закон Кулона
Если размерами заряженного тела можно пренебречь по сравнению с расстояниями до других тел, то такое тело называется точечным зарядом. Закон взаимодействия точечных зарядов был установлен экспериментально французским физиком Шарлем Кулоном в 1785.
|
|
|
Закон Кулона гласит, что сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов, находящихся в вакууме, пропорциональна величинам зарядов 
и 
, и обратно пропорциональна квадрату расстояния 
между ними:
, (1.1)
где 
- коэффициент пропорциональности.
Сила направлена вдоль линии, соединяющей эти заряды, причем одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются.
Закон Кулона можно выразить в векторной форме:
, (1.2)
где 
- орт радиус-вектора 
.
Рис. 1.1
На рис. 1.1 изображены силы отталкивания двух положительных зарядов.
В системе единиц СГС =1.
В Международной системе единиц (СИ) единица заряда – Кулон, коэффициент , определяемый экспериментально, равен
Н·м2/Кл2.
Его представляют в виде:
.
Тогда формула, выражающая закон, имеет вид:
(1.3)
|
|
|
Величину 
называют электрической постоянной. Она равна:
Ф/м,
где Ф (Фарад) – единица емкости
Замечание:
Формулы (1.1), (1.2) и (1.3) выражают закон Кулона в вакууме. Однако, если электрические заряды находятся в среде, которая характеризуется относительной диэлектрической проницаемостью 
, то сила Кулона уменьшается в раз. Тогда закон Кулона в среде будет иметь вид:
(1.2а)
или
(1.3а)
Принцип суперпозиции силы
Пусть, кроме заряда , имеются заряды 
. Тогда результирующая сила 
, с которой действует на все 
зарядов 
, равна
, (1.4)
где 
- сила, с которой действует на заряд в отсутствие остальных ( 
) зарядов.
Примеры нахождения результирующей силы представлуны на рис .1.2.
Рис. 1.2
Напряженность электрического поля
Взаимодействие неподвижных зарядов осуществляется посредством электрического поля.
|
|
|
Всякий заряд возбуждает в окружающем его пространстве электрическом поле, которое проявляет себя в том, что на заряд, помещенный в какую-либо точку поля, действует сила.
Таким образом, для обнаружения и исследования электрического поля можно использовать точечный «пробный» заряд 
.
Опыт показывает, что сила , действующая на неподвижный точечный пробный заряд , всегда может быть представлена как:
, (1.5)
где вектор 
называют напряженностью электрического поля в данной точке.
Таким образом, напряженность электрического поля в данной точке равна отношению силы , действующей на помещенный в эту точку пробный заряд к величине этого заряда:
. (1.6)
За единицу напряженности электрического поля принимается напряженность в такой точке, в которой на заряд в один кулон действует сила в один ньютон. Эта единица имеет название вольт на метр 
Таким образом, если известна напряженность электрического поля в данной точке , то согласно формуле (1.6) на помещенный в эту точку точечный заряд действует сила
|
|
|
(1.7)
Если 
, направление силы совпадает с направлением вектора , если 
, направления векторов и противоположны.
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 105; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!