Электрический заряд. Закон Кулона

Глава 1. ЭЛЕКТОРОСТАТИКА.

Электрический заряд. Закон Кулона.

Все тела в природе способны электризоваться, то есть приобретать электрический заряд. В природе существуют частицы с электрическими зарядами проти­воположных знаков. Заряд электрона считают отрицательным, а заряд протона – элементарной частицы, которая входит в состав ядра атома, – положительным. При взаимодействии одноименные заряды отталкиваются, разно­именные – притягиваются.

Электрический заряд обладает свойством дискретности – при электризации электрический заряд изменяется на строго определенное значение, равное или кратное минимальному количеству электричества, называе­мому элементарным электрическим зарядом. Наименьшая по массе стабильная частица, обладающая элементар­ным электрическим отрицательным зарядом, называется электроном. Заряд электрона е = 1,6 ×10^-19 Кл. Заряд тела, состоящего из N заряженных частиц, кра­тен целым значениям заряда электрона: q=±Ne. Опытным путем был установлен фундаментальный закон природы –закон сохранения электрического заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы остается неизменной, какие бы процессы не происходили внутри этой системы. .

Единица заряда – кулон (Кл).

Основным законом элек­тростатики является закон взаи­модействия двух неподвиж­ных точечных зарядов (эксперимен­тально установлен француз­ским физиком Ш. О. Кулоном): сила элек­трического взаимодейст­вия между двумя неподвижными точечными зарядами, нахо­дящихся в вакууме, пропорциональна произведению за­рядов q₁ и q₂ и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними: где k — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц физических величин].

Сила направлена по прямой, соеди­няющей заряды, то есть является центральной. Сила отталкивания , действующая на заряд q₂ со стороны одно­именного заряда q₁, совпадает по направлению с радиусом-вектором r, проведенным из q₁к этому заряду. Сила притяжения, дейст­вующая на заряд q₂ со стороны разноименного заряда q₁, имеет проти­воположное направление (рис.12.1). Силы отталкивания принято счи­тать положительными, силы притяжения – отрицательными. В векторной форме закон Кулона записывается в виде

Коэффициент k в законе Кулона в СИ опре­деляется по формуле :

=9.10⁹Н.м²/Кл², а e_о= Ф/м =8,85.10^-12 Ф/м.

Здесь e_о – электростатическая постоянная. Таким образом, закон Кулона в скалярном виде: . Этот закон мы сформулировали для вакуума. С учетом среды:

где e - диэлектрическая проницаемость среды. Для вакуума e=1. Диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз в данной среде силы взаимодействия между точечными зарядами меньше, чем в вакууме, при одинаковых расстояниях.