Электростатика
Взаимодействие заряженных тел
Электростатика изучает свойства и взаимодействия неподвижных в инерциальной системе отсчета электрически заряженных тел или частиц.
Самое простое явление, в котором обнаруживается факт существова-ния и взаимодействия электрических зарядов, — это электризация тел при со-прикосновении. Возьмем две полоски бумаги и проведем по ним несколько раз пластмассовой ручкой. Если взять ручку и полоску бумаги и начать их сбли-жать, то бумажная полоска начнет изгибаться в сторону ручки, т. е. между ни-ми возникают силы притяжения. Если взять две полоски и начать их сближать, то полоски начнут изгибаться в разные стороны, т. е. между ними возникают силы отталкивания.
Взаимодействие тел, обнаруженное в данном опыте называется элек-тромагнитным. Физическая величина, определяющая электромагнитное взаимодействие, называется электрическим зарядом.
Способность электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется существованием двух видов зарядов: положительного и отрицательного.
Очевидно, что при соприкосновении с пластмассовой ручкой, на двух одинаковых полосках бумаги появляются электрические заряды одного знака. Эти полоски отталкиваются, — следовательно, заряды одного знака отталки-ваются. Между зарядами разных знаков действуют силы притяжения.
Закон сохранения электрического заряда
При электризации на обоих телах всегда возникают электрические за-ряды, равные по модулю и противоположные по знаку. Электрические заряды могут появляться на телах не только в результате электризации, но и при дру-гих взаимодействиях, например, под действием света.
В замкнутой системе при любых взаимодействиях тел алгебраиче-ская сумма зарядов всех тел остается постоянной.
Этот экспериментально установленный факт называется законом со-хранения электрического заряда. Нигде и никогда в природе не возникает и не исчезает заряд одного знака. Появление каждого положительного заряда всегда сопровождается появлением равного по абсолютному значению отри-цательного заряда. Ни положительный, ни отрицательный заряд не могут ис-чезнуть в отдельности один от другого, они могут лишь взаимно нейтрализо-вать друг друга, если равны по абсолютному значению.
Закон Кулона
Заряды, распределенные на телах, размеры которых значительно меньше расстояний между ними, можно называть точечными, т. к. в этом слу-чае ни форма, ни размеры тел существенно не влияют на взаимодействия между ними.
Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют элек-тростатическим или кулоновским взаимодействием. Силы электростатиче-ского взаимодействия зависят от формы и размеров взаимодействующих тел и характера распределения зарядов на них.
Силы взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению абсолютных значений заря-дов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:
Если тела находятся в среде с диэлектрической проницаемостью , то-гда сила взаимодействия будет ослабляться в раз:
Силы взаимодействия двух точечных неподвижных тел направлены вдоль прямой, соединяющей эти тела.
Единицей электрического заряда в международной системе принят ку-лон. 1 Кл – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводни-ка при силе тока 1 А.
Коэффициент пропорциональности в выражении закона кулона в сис-теме СИ равен
Вместо него часто используется коэффициент, называемый электри-ческой постоянной
С использованием электрической постоянной закон кулона имеет вид
Электрическое поле
Взаимодействие электрических зарядов объясняется тем, что вокруг каждого заряда существует электрическое поле. Электрическое поле заря-да – это материальный объект, оно непрерывно в пространстве и способно действовать на другие электрические заряды. Электрическое поле неподвиж-ных зарядов называется электростатическим. Электростатическое поле создается только электрическими зарядами, существует в пространстве, ок-ружающем эти заряды и неразрывно с ними связано.
