Электрическое поле. Взаимодействие электрических зарядов с электрическим полем. Закон Кулона

Электрические заряды. Строение атома. Энергетические уровни и энергетические зоны. Положительные и отрицательные ионы.

Первые сведения о некоторых электрических явлениях относятся к глубокой древности. Еще за 600 лет до н.э. греческий философ Фалес Милетский описал замеченную ткачами способность янтаря, потертого о шерстяную материю, притягивать легкие тела. По-гречески янтарь означает "электрон". Слово "электрон" послужило основой названий "электро-, "электричество".

Познания об электричестве накапливались очень медленно. Лишь в конце 15-го века Гильбертом было обнаружено, что кроме янтаря такой способностью обладают и многие другие тела. Это свойство было названо электризацией.

В 18-м веке было обнаружено, что одни наэлектризованные тела притягиваются друг к другу, другие - отталкиваются. Так например эбонитовая палочка, наэлектризованная трением о мех, отталкивается от такой же эбонитовой палочки и притягивается стеклянной палочкой, наэлектризованной трением о шелк. Было также установлено, что при электризации трением электризуются оба тела, причем одно из них электризуется положительно, другое отрицательно. Заряд, полученный стеклянной палочкой при ее трении о бумагу или шелк, назвали положительным, а полученный эбонитовой палочкой при ее трении о шерсть- отрицательным.

В начале предполагалось, что электрические заряды в телах образованы двумя родами невесомых электрических жидкостей. Преобладание той или иной жидкости определяло род заряда.

В 1753 г. М.В. Ломоносов отверг эту гипотезу и высказал мысль, что тепло и электричество есть результат вращательного движения частиц.

Серьезные и фундаментальные исследования свойств электричества и электрических явлений начались в 19-м веке. Исследования Фарадея, Вебера, Томсона, Лоренца привели к выводу, что носителями электрических зарядов являются мельчайшие частицы.

В 1911 г. Резерфорд и 1913 г. Бор предложили следующую модель атома. Атом состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого вращаются отрицательно заряженные электроны. Ядро атома занимает ничтожно малую часть всего объема атома, но в то же время его масса в тысячи раз больше массы электрона. Так, например, масса легчайшего ядра (ядра водорода) в 1840 раз больше массы электрона. Диаметр ядра атома составляет 10^-12…10^-13 см. электроны не падают на положительно заряженное ядро потому, что они вращаются вокруг него с большой скоростью. Чем ближе орбита электрона находится к ядру, тем сильнее связь электрона с атомом. Электроны, вращающиеся на внешних , наиболее удаленных от ядра орбитах, слабо связаны с атомом и при сообщении им дополнительной энергии (например, при повышении температуры) отрываются от ядра и становятся свободными. В атомах, потерявших по одному электрону, положительный заряд ядра оказывается больше отрицательного заряда оставшихся электронов. Такие атомы называются положительными ионами.

Свободные электрон, перемещаясь по веществу, может попасть на орбиту одного из его атомов, при этом отрицательный заряд электронов такого атома окажется больше его положительного заряда. Такие атомы называются отрицательными ионами.

Такая теория объясняет отличие проводников от диэлектриков. В диэлектриках электроны жестко связаны со своими атомами и отрыв их требует значительной энергии. В проводниках имеется большее количество свободных электронов, оторвавшихся от атомов, которые могут перемещаться под действием электрических полей.

]

Электрическое поле. Взаимодействие электрических зарядов с электрическим полем. Закон Кулона.

Электрическое поле является особой формой движения материи. Оно может воздействовать на находящееся в его пределах наэлектризованное тело.

Электрическое поле существует вокруг каждого наэлектризованного тела. Вблизи этого тела электрическое поле действует сильнее, чем при удалении от него. Тела, имеющие электрические заряды одного знака, отталкиваются, а тела с зарядами противоположных знаков притягиваются. Следовательно, направление электрических сил зависит от знака заряда тела, вокруг которого существует электрическое поле. Графически это направление принято изображать линиями напряженности, показывающими, как двигались бы точечные положительные электрические заряды.

На рис. 1 показано условное изображение картин электрических полей между одноименно и разноименно заряженных проводников.

Сила F, с которой взаимодействуют два точечных заряда, прямо пропорциональна значениям этих зарядов q₁ и q₂ , обратно пропорциональна диэлектрической проницаемости окружающей среды и квадрату расстояния r между ними и направлена вдоль линии, соединяющей эти заряды:

F=(q₁q₂)/( r^2) (1.1)

Это положение было установлено Кулоном и получило название "Закон Кулона".

В международной системе единиц (СИ) за единицу заряда принимают заряд, равный 1 кулону. Кулон - это количество электричества, которое протекает через проводник за 1 секунду при силе тока в 1 ампер:

1 кулон=1ампер*1сек.

Напряженность электрического поля E характеризует силу электрического взаимодействия зарядов и численно равна силе, действующей на единицу заряда. Так, например, напряженность в

точке А от заряда q, находящегося в т.О (рис. 2 а) равна E_A=q/r₁^2, а в т. С значение E_C=q/r₂^2. Напряженность в т. А, созданная несколькими зарядами, определяется векторной суммой напряженностей от каждого заряда (рис. 2 б).

Напряженность электрического поля наряду с ее значением , характеризуется также направлением. Направление напряженности совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд, и всегда направлена по касательной к линии напряженности в заданной точке (рис. 2 в).

В международной системе единиц единицей напряженности является 1В/м.

Рис. 1

Рис. 1.2