| Свойства заряда

Таким образом, можно сказать, какое-либо тело имеет электрический заряд либо при нарушении баланса между положительно и отрицательно заряженными частицами в нем, либо при их неравномерном распределении по объему тела.

Свойства заряда.

Биполярность. Существует два рода зарядов, условно называемых положительными "+" и отрицательными "–". Причем одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются.

Дискретность (дробление или прерывистость). Заряд любого тела является кратным некоторой величине, а именно элементарному заряду электрона ( Кл). Данное представление о заряде просуществовало до шестидесятых годов, когда появилась теория кварков – частиц с дробными зарядами и :

. (2.1)

Закон сохранения заряда. Алгебраическая сумма зарядов в изолированной (изолированная система включает все взаимодействующие тела) системе есть величина постоянная:

2.2. Закон Кулона

Рис. 2.3.

Точечным зарядом называется такое заряженное тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь. Это аналогично понятию материальной точки в механике. Взаимодействие точечных зарядов на опыте изучал Кулон. Для этого он использовал крутильные весы (рис 2.3).

Опыт проходил в два этапа:

1. Изменяли заряды шариков, но расстояние между ними оставляли прежним (r = const). В ходе опыта было установлено, что сила взаимодействия между зарядами прямо пропорциональна величинам зарядов, т. е. .

2. Заряды шариков оставляли неизменными (t), но изменяли расстояние между ними. В ходе опыта было установлено, что сила взаимодействия между зарядами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними, т. е. .

Обобщая результаты опыта, Кулон сформулировал свой закон: сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна величинам этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

где k — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц. В СИ он равен:

где =8.85·10-12- электрическая постоянная.

Запись закона Кулона в векторной форме:

Рис. 2.4а 2.4б.

2.3. Электрическое поле и его характеристики

Электрическим полем называется особая форма существования материи, способная передавать электрическое взаимодействие.

Свойства поля:

Рис. 2.5.

1. Поле не имеет границ, оно бесконечно.

2. Электрическое взаимодействие передается с конечной скоростью (в вакууме со скоростью света c).

3. Поле обладает энергией.

4. Поле обладает массой.

Напряженность поля

Основной силовой характеристикой поля в вакууме является напряженность:

Напряженность поля, создаваемого зарядом Q в точке A зависит от заряда Q и от расстояния r:

Напряженность – это физическая величина, численно равная силе, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля:

Напряженность поля точечного заряда в скалярной и векторной форме определяется по формулам:

Принцип суперпозиции полей

Каждый из зарядов в отдельности создаст в данной точке поле независимо от полей, создаваемых другими зарядами.

Суперпозиция означает наложение:

Рис. 2.6.

Силовые линии

Для символического изображения напряженности Фарадей предложил использовать силовые линии.

Силовые линии – это линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением силы, действующей на положительный заряд, помещенный в эту точку. Они начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах. Если рассмотреть некоторый уединенный точечный заряд, то линии напряженности обязательно закончатся на отрицательном заряде, который, возможно, на чертеже и не уместится. Чем больше величина напряженности электростатического поля, тем выше густота силовых линий. Количество линий напряженности (или силовых линий), пронизывающих единичную площадку, численно равно значению напряженности электростатического поля.

Рассмотрим важнейшие случаи пространственного расположения зарядов и форму силовых линий полей этих зарядов.

Опыт 2.3. Силовые линии электрического поля[8,9]

Оборудование:

1. Султаны на изолирующих штативах

2. Электрофорная машина

3. Провода соединительные

Рис. 2.7.

Простейшая демонстрация электрических силовых линий выполняется при помощи султанов, которые устанавливаются на изолирующих штативах и заряжаются хорошо наэлектризованной палочкой или от электрофорной машины. Сначала показыва. т опыт с одним заряженным султаном и обращают внимание на радиальное положение бумажных полосок (рис.2.7., а). Затем заряжают оба султана одноименными (рис. 2.7., б) и разноименными зарядами (рис.2.7., в) и показывают искривление при отталкивании и притяжении.

а б

в г

Рис. 2.8.