 |
Минимальный электрический заряд - заряд электрона равен
|
|
|
|
е - =1,6·10 - 19 Кл (1.9)
Во многие формулы электричества входит пространственный множитель 4p. Чтобы избавиться от него в практически важных формулах, закона Кулона записывается в следующей форме:
(1.10)
Таким образом 
(1.11)
Откуда 
(1.12)
e0 - называется электрической постоянной.
§6: Теория близкодействия. Электрическое поле.
Опыт показывает, что между электрически заряженными и намагниченными телами, а так же телами, по которым текут электрические токи действуют силы, называемые электромагнитными или электродинамическими. Относительно природы этих сил в науке выдвигались две противоположные точки зрения. Более ранняя из них (называемая теорией дальнодействия) исходила из представления о непосредственном действии тел на расстоянии без участия каких бы то ни было промежуточных материальных посредников. При этом бездоказательно предполагалось, что такое действие происходит мгновенно, т.е. с бесконечно большой скоростью (v®¥)!? Более новая точка зрения, принятая в настоящее время в физике, исходит из представления о том, что взаимодействия передаются с помощью особого материальным посредника, называемого электромагнитным полем (это - так называемая теория близкодействия). Согласно этой теории максимальная скорость распространения взаимодействий равна скорости света в вакууме: v=c (с-скорость света в вакууме). Теория дальнодействия черпала свои идеи из учения Ньютона о всемирном тяготении. Огромные успехи небесной механики с одной стороны и полная неудача хоть как ни будь объяснить причины тяготения с другой стороны, привели многих ученых к представлению, что тяготение и электромагнитные силы не нуждаются в объяснении, а являются “врожденными” свойствами самой материи. В математическом отношении теория дальнодействия достигла высокой степени совершеннства благодаря работам Лапласа, Гауса, Остроградского, Ампера, Пуассо. Ее придерживалось большинство физиков до конца XIX в. Майкл Фарадей был почти единственным, кто придерживался другой точки зрения. Он является основоположником физической теории электромагнитного поля. Согласно теории Фарадея действия одного тела на другое может осуществляться либо непосредственно при соприкосновении, либо передаваться через промежуточную среду. Таким образом центр внимания с изучения зарядов и токов, являющиеся основными объектами теории дальнодействия, Фарадей перенес на изучение окружающего пространства. Это пространство с действующими в нем силами называется электромагнитным полем.
|
|
|
Электрическое взаимодействие осуществляется по схеме:
заряд ® поле ® заряд,
т.е. каждый заряд создает вокруг себя электрическое поле, которое действует с силой на все остальные заряженные частицы, находящиеся в этом поле. Максвелл показал, что электромагнитные взаимодействия должны распространиться со скоростью света в вакууме с»3·108 м/c. Это главный аргумент в пользу теории близкодействия. О природе электрического поля можно сказать, что оно материально, т.е. существует и обладает свойствами присущими только ему. Среди важнейших свойств электромагнитного поля можно отметить следующие:
1. Электрическое поле пораждается электрическими зарядами и заполняет все пространство.
2. Электрическое поле действует на заряды с некоторой силой.
§7: Напряженность электростатического поля.
Принцип суперпозиций полей. Плотность заряда.
Пусть поле создается зарядом q1. Если для данной точки поля, которая определяется радиус-вектором r 12, согласно закону Кулона взять отношение
, (1.13)
то видно, что это отношение уже не зависит от пробного заряда q2 и таким образом выражение, стоящее в правой части (1.13) может служить характеристикой поля, создаваемого зарядом q1. Эта величина называется напряженностью электрического поля E!
|
|
|
Величина напряженности эл. поля на расстоянии r от заряда q равна
(1.14)
Напряженность – величина векторная. В векторном виде она имее вид:
(1.15)
C учетом (1.15) закон Кулона (1.4) можно записать в виде:
(1.16)
или 
(1.17)
Из (1.17) видно, что напряженность электрического поля равна силе, действующей на единичный положительный заряд.
Размерность напряженности [E]=H/Kл
Принцип суперпозиции
Опыт показывает, что для электрического поля справедлив принцип суперпозиции полей:
Если 
- напряженности полей, создаваемых отдельными зарядами в какой-либо точке пространства, то напряженность 
в этой же точке равна сумме напряженностей.
(1.18)
где ri - радиус-вектор, направленный от заряда qi в точку наблюдения.
Этот принцип справедлив вплоть до размеров ядер r~10 - 15 м.
Обращаем внимание на то, что в (1.18) напряженности складываются векторно! По формулам (1.15) и (1.18) можно вычислить напряженность электрического поля, создаваемого не только точечными зарядами, но и заряженными телами любой формы.
Плотность заряда.
Если заряженное тело велико и его нельзя рассматривать как точечный заряд, то для вычисления напряженности эл. поля такого тела необходимо знать распределение зарядов внутри этого тела. Это распределение характеризуется функцией, которая называется объемной плотностью электрических зарядов. По определению, объемной плотностью зарядов наз.
(1.19)
Распределение зарядов считается известным, если известна функция r = r(x,y,z).
Если заряды расположены на поверхности, то вводится поверхностная плотность зарядов, которая по определению есть:
(1.20)
Распределение зарядов по поверхности считается известным, если известна функция s= s(x,y,z).
Если заряды распределены вдоль линии, то вводится линейная плотность зарядов, которая по определению есть:
(1.21)
Распределение зарядов считается известным, если известна функция t =t(x,y,z).
§8: Силовые линии электрического поля. Напряженность поля точечного заряда.
Электрическое поле считается известным, если известен вектор напряженности в каждой точке пространства. Задать или представить поле на бумаге можно либо аналитически, либо графически при помощи силовой линии.
|
|
|
|
|
|
