Электростатическое поле и его характеристики
Глава 1 ЭЛЕКТРОСТАТИКА
В электростатике рассматриваются взаимодействия и свойства электрических зарядов, неподвижных в той системе координат, в которой эти заряды изучаются. В природе существуют два вида электрического заряда - положительный и отрицательный. За положительные заряды принимают заряды, возникающие на стекле, натертом кожей, и все другие, которые от него отталкиваются, а за отрицательные - на янтаре, натертом шерстью, и все другие, которые от него отталкиваются.
Электрон - в переводе с греческого языка означает янтарь.
Основные свойства зарядов:
· К зарядам применим закон сохранения;
· Заряды изменяются дискретно, т. е. квантуются;
· Заряды инвариантны к преобразованию координат (преобразования Лоренца и Галилея).
· Заряды взаимодействуют. Одноименно заряженные тела отталкиваются, а разноименные притягиваются.
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ: в замкнутой системе тел электрические заряды не возникают и не исчезают, они лишь передаются от одного тела к другому или перемещаются внутри данного тела. Этот закон впервые был сформулирован петербургским академиком Францем Эпинусом (1724-1802) и был подтвержден многочисленными опытами. При электризации тел трением одновременно электризуются оба тела, одно из них получает положительный заряд, а другое отрицательный. Положительный заряд первого тела всегда равен отрицательному заряду второго тела, если до электризации тела не были заряжены.
|
|
|
На основании экспериментов было показано, что электрический заряд любого тела состоит из целого числа элементарных зарядов, равных 1,6×10-19 Кл. Частица, обладающая отрицательным элементарным зарядом, называется электрон. Его масса равна 9,1×10-31 кг. Частица, обладающая положительным элементарным зарядом - протон. Его масса равна 1,67×10-27 кг. Протоны и электроны входят в состав всех атомов в строго одинаковом количестве.
Сила взаимодействия электрических зарядов была впервые определена Шарлем Кулоном (1736-1806) в 1785 г. экспериментальным путем с помощью крутильных весов.
ЗАКОН КУЛОНА: Сила электростатического взаимодействия между двумя точечными электрическими зарядами прямо пропорциональна произведению величин этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними
, или 
(векторная форма записи) (1.1)
, или 
, (скалярная форма записи) (1.2)
В системе СИ коэффициент пропорциональности 
, где e0 - электрическая постоянная e0 = 8,85×10-12 Кл2/(Н×м2), e - относительная диэлектрическая проницаемость среды, для вакуума равна e = 1.
Если q 1 > 0 и q 2 > 0 или q 1 < 0 и q 2 < 0, то F > 0, т.е. одноименные заряды отталкиваются. Если q 1 > 0 и q 2 < 0 или q 1 < 0 и q 2 > 0, то F < 0, т.е. разноименные заряды притягиваются.
|
|
|
Закон Кулона в виде (1.1) и (1.2) справедлив только для точечных зарядов, т.е. для таких заряженных тел, размерами которых можно пренебречь по сравнению с расстояниями между ними. Он выражает силу взаимодействия между неподвижными зарядами. Расчет показывает, что закон Кулона в форме (1.1) и (1.2) справедлив и для взаимодействия заряженных тел шарообразной формы, если заряды равномерно распределены по всему объему тела или по поверхности.
Чтобы найти силу взаимодействия между заряженными телами произвольной формы, надо разбить эти тела на точечные заряды (рисунок 1.1), найти силу взаимодействия между ними и все просуммировать
. (1.3)
Сила электростатического взаимодействия между зарядами зависит от свойств среды, в которой они находятся. Сила взаимодействия двух зарядов в вакууме
,
в диэлектрике
, где e = F 0 / F. (1.4)
Таким образом, относительная диэлектрическая проницаемость среды показывает, во сколько раз сила взаимодействия между двумя точечными зарядами в вакууме больше, чем в среде. Выражение (1.4) не является универсальным, оно справедливо, если заряды находятся в однородном, безграничном и изотропном диэлектрике. В этом случае уменьшение силы F по сравнению с F 0 в e раз объясняется явлением электрострикции, то есть деформацией диэлектрика под действием электрического поля. При деформации жидкие и газообразные диэлектрики, прилегая вплотную к заряженным телам, производят на них дополнительное механическое воздействие. В твердых телах заряды всегда располагаются внутри каких-то полостей, и расчет сил, действующих на заряды, сильно усложняется. Эти силы зависят от формы тех полостей, в которых находятся заряды.
|
|
|
В системе СИ заряд измеряется в кулонах. 1 Кл равен заряду, протекающему через поперечное сечение проводника за 1 с при силе тока, равной 1 А.
Дата добавления: 2016-01-05; просмотров: 16; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!