Кулон заңы

1875 ж Зарядтар арасындағы өз ара әсер күшті Кулон тағайындаған. Ол Кулон заңы деп аталады: Вакуумде орналасқан екі заряд бір бірімен зарядтардың шамаларына тура пропорционал, ал ара қашықтықтарының квадратына кері пропорционал күшпен әрекеттеседі. Бұл күш зарядтар центрін қосатын түзу бойымен бағытталады.

.

Күш өзара әрекеттесетін зарядтарды жалғайтын түзудің бойымен бағытталады.

Кулон заңының векторлық түрі:

СИ бірліктер жүйесінде пропорционалдық коэффициент

электр тұрақтысы.

- деп ортаның диэлектрлік өтімділігі делінеді.

Ол Кулон күшінің немесе ортаның электр өрісінің вакумдағысынан қанша есе кіші екендігін білдіреді. r – салыстырмалы.

Кулон күшімен пратон мен электрон үшін гравитациалық немесе бүкіл әлемдік тартылыс күштерін өзара салыстырсақ, Кулон күші үлкен болады.

Заряд өзін қоршаған кеңістікте электр өрісін туғызады. Өріс бірлік оң зарядқа әсер ететін күшпен сипатталады. Ол шама өріс кернеулігі деп аталады.

Электростатикалық өрістің негізгі касиеттері:

1) электростатикалық өріс кез келген электр зарядының айналасында пайда болады,

2) сол өрісте орналасқан кез келген басқа зарядқа белгілі күш әсер етеді.

Электростатикалық өрістің күштік сипаттамасы ретінде берілген нүктедегі электр өрісінің кернеулік векторы алынады:

,

мұндағы - өрістің сол нүктесінде орналасқан сыншы зарядқа әсер етуші күш.

Вакуумдегі нүктелік заряд өрісінің кернеулігі:

немесе .

Электр өрісі кернеулігінің өлшем бірлігі – В/м.

Электр өрістерінің суперпозиция принципі: зарядтар жүйесінің өріс кернеулігі жүйеге кіретін жеке зарядтардың өріс кернеуліктерінің векторлық қосындысына тең:

Егер нүктелік зарядтың электростатикалық өрісінде 1-ші нүктеден 2-шіге күштік сызықтың бойымен басқа нүктелік заряд орын ауыстырса, зарядқа әсер етуші күш жұмыс атқарады.

элементар орын ауыстыруындағы күшінің атқаратын жұмысы

.

Сонда зарядты 1-ші нүктеден 2-шіге орын ауыстырғандағы атқарылатын

өріс күштерінің жұмысы жолдың траекториясына тәуелсіз болады да, бастапқы 1 және соңғы 2 нүктелердің орындарымен ғана анықталады.

Бұл қорытынды кез келген электростатикалық өріс үшін орындалады.

Демек, электростатикалық өріс потенциалды өріс болып табылады.

Күштің потенциалдық өрісінде орналасқан дене потенциалдық энергияға ие болады да, соның есебінен өріс күштері жұмыс атқарады.

Өріс күштерінің атқаратын жұмысы потенциалдық энергияның кемуіне тең:

.

Демек, зарядының электр өрісінде орналасқан зарядының иеленетін потенциалдық энергиясы:

.

Константаның мәні зарядты шексіздікке алыстатқанда (яғни, ), оның потенциалдық энергиясы нөлге тең болатындай етіп таңдап алынады. Бұл жағдайда

.

Потенциал деп –кез-келген өрістегі эарядты ұстап тұру үшін екі заряд арасындағы атқарылған жұмыста оң болады. Ал әр аттас үшін потенциал энергия теріс шамалы болып жұмыс потенциялының біріншісінен екіншісіне айырып тастағанға тең болады.