Электрическое взаимодействие тел

И ЕГО ОСОБЕННОСТИ

Наэлектризованные трением кусок янтаря и кусок стекла притягиваются друг к другу, но куски янтаря друг от друга отталкиваются, куски стекла – тоже.

Подчеркивая различие в наэлектризованности янтаря и стекла, условно приняли, что янтарь заряжен отрицательно, а стекло – положительно (хотя можно было поступить наоборот).

Носители электричества

Все тела состоят из атомов, содержащих отрицательно заряженные частицы (электроны) и положительно заряженные частицы (протоны). В нейтральном атоме число электронов и протонов одинаково, в ненаэлектризованном теле – тоже.

Электрон и протон – носители элементарного (наименьшего неделимого) заряда:

.

Роль трения в электризации тел

Эксперименты показали, что не только при трении (а), но и при тесном соприкосновении тел наблюдается их электризация.

а) б)

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Шар из несмачиваемого диэлектрика (например, парафина) после однократного медленного погружения в дистиллированною воду и извлечения из воды оказывался заряженным отрицательно, а вода - положительно (б).

Закон Кулона

Количественную меру наэлектризованности тел первоначально назвали количеством электричества (и обозначили « » или « » - от «quantity» - количество). Теперь эту величину называют зарядом и рассматривают как количественную меру электрического взаимодействия.

Модуль силы, с которой точечный заряд действует на другой в вакууме, прямо пропорционален зарядам и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними.

.

Эта формула аналогична формуле закона всемирного тяготения. Иногда пишут , формально подчеркивая рассмотрение модулей зарядов.

Коэффициент в СИ: .

(кулон), это неосновная единица СИ, вводимая через основную – ампер.

Часто представляют в виде:

,

отсюда (электрическая постоянная):

.

Закон сохранения заряда

У электрически нейтрального тела суммарный положительный заряд численно равен суммарному отрицательному. Электризация тел (трением или прикосновением) – результат перехода заряженных частиц от одного тела к другому. Если эти тела образуют замкнутую систему, то алгебраическая сумма зарядов неизменна:

,

т.е. при любых взаимодействия тел электрические заряды не возникают и не уничтожаются, а только передаются от одного тела другому – перераспределяются между телами, образующими систему.

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

Напряженность электростатического поля

Взаимодействие тел на расстоянии через «ничто» невозможно, материальный посредник в таком взаимодействии – поле.

Электростатическое поле – особый вид материи, окружающий заряженные тела и являющийся посредником в их взаимодействии.

Электрическое поле в каждом его участке оказывает на вносимые в него заряженные тела силовое действие, исследуемое с помощью «парного заряда» .

- это точечный положительный заряд, намного меньший, чем заряд, создающий исследуемое поле.

Напряженность электрического поля – это силовая характеристика, численно равная силе, действующей на единичный пробный заряд, помещенный в исследуемую точку поля.

- напряженность;

.

Линии напряженности (силовые линии)

Помещая в различные точки исследуемых полей точечный заряд, строят линии напряженности (силовые линии). Если они прямые, то вектор направлен вдоль них, если кривые – вдоль касательных к ним. Густота сетки линий численно равна (или пропорциональна) значению напряженности.

Силовые линии электрического поля незамкнуты (начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных).

Поле точечного заряда

+

Поле разноименно заряженных пластин

Поле диполя

Е=0

+

Е=0

Поле плоского конденсатора

Напряженность поля точечного заряда

Пусть в точку поля, созданного точечным зарядом , внесли заряд . Тогда:

.

.

Принцип суперпозиции полей

А

Пусть вблизи точки А находится два заряда и . Заряд создает в точке А поле напряженностью , а заряд - поле напряженностью . Эти поля накладываются, результирующая напряженность поля в точке А:

.

Обобщение на поле из зарядов:

,

т.е. напряженность электрического поля системы точечных зарядов равна векторной сумме напряженностей полей1 каждого из этих зарядов в отдельности.

Иначе говоря, результирующее поле образуется простым наложением (суперпозицией) полей каждого из зарядов порознь; поля отдельных зарядов, накладываясь, не влияют друг на друга.