 |
Модуль 3. Электродинамика. ЛЕКЦИЯ 1. Электрическое поле. Электрический заряд. Электризация.. Закон Кулона.
|
|
|
|
Модуль 3.
Электродинамика.
ЛЕКЦИЯ 1. Электрическое поле.
Электрический заряд. Электризация.
Электромагнитные взаимодействия являются наиболее фундаментальными силами в природе. Они лежат в основе сил упругости, трения, а также непосредственно при взаимодействии электрических зарядов. Существуют основные отличия между гравитационными и электромагнитными силами:
ü участвовать при электромагнитных взаимодействиях могут только электрически заряженные тела;
ü во время гравитационного взаимодействия тела только притягиваются друг к другу, при электромагнитных - они могут, как притягиваться, так и отталкиваться;
ü силы между зарядами намного больше, чем при гравитационных взаимодействиях.
Каждое заряженное тело имеет некоторый заряд. Электрический заряд (q) – физическая величина, которая характеризует электромагнитное взаимодействие. Измеряется заряд в Кулонах (Кл). Заряд - это дискретная величина, поскольку её можно разделить на элементарные величины. Элементарная величиназаряда электрона равна е = -1, 6× 10-19 Кл. Протон имеет такой же заряд, только положительный.
Заряды бывают двух видов: положительные и отрицательные. Тела, которые имеют одинаковый по знаку заряд, всегда отталкиваются. Если же тела заряжены разноименно, то они будут притягиваться друг к другу. Если в результате величина заряда будет положительна, то на теле протоны находятся в избытке, если же заряд тела отрицательный, то в избытке электроны.
Для того, чтобы тела электрически взаимодействовали, их необходимо электризовать. Электризация - это процесс, в результате которого происходит распределение заряда, в результате чего тело заряжается.
|
|
|
Самым простым способом достижения электризации является трение. Возьмите стеклянное тело и потрите его хорошенечко шёлком. В результате такого взаимодействия на ткань перейдут электроны, поэтому она станет отрицательно заряженной, а палочка - положительно заряженной. В случае с натиранием эбонитовой палочки шерстью произойдет обратное - шерсть станет положительно заряженной, а палочка - отрицательно. Электризацию трением можно наблюдать во время надевания шерстяных вещей - волосы и ткань начинают электризоваться. В природе результатом электризации является молния. В данном случае тучи и земля имеют противоположные заряды, в результате чего и проскакивает искра различной интенсивностью.
Во время электризации происходит перераспределения заряда. Электроны переходят от одного тела к другому, но при этом они никуда не деваются. И если их вернуть на первоначальное положение, то суммарный заряд будет равен нулю. Поэтому можно сделать вывод, что суммарный заряд изолированной системы остается неизменным: 
.
Если два заряженных тела привести во взаимодействие, то заряд распределиться таким образом, что оба тела станут одинаково заряженным. Например, у нас есть одно тело, которое имеет заряд 5 Кл, а второе -12 Кл. После соприкосновения заряд обоих тел станет равным: q=(5-12): 2 = -3, 5 Кл.
Закон Кулона.
В школьном курсе физики рассматриваются неподвижные точечные заряды. В основе их изучения лежит закон Кулона. Он очень похож на Закон гравитационного взаимодействия. Под точечными зарядами понимают заряды, которые имеют размеры, намного меньшие, чем расстояние между ними. Данная модель введена по примеру материальной точки, позволяющая однозначно говорить о расстояниях между рассматриваемыми зарядами.
Закон Кулона утверждает, что сила, с которой взаимодействуют заряды, напрямую зависит от произведения модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними: 
. Коэффициент пропорциональности 
численно равен силе взаимодействия двух точечных зарядов по 1Кл, находящихся в вакууме на расстоянии 1м. Данный закон справедлив только для статических зарядов, которые можно принять за точечные в вакууме.
|
|
|
Если же заряженные тела находятся в некоторой среде, то при описании закона Кулона нужно учитывать диэлектрическую проницаемость среды, которая уменьшает взаимодействие в некоторое количество раз: 
. Диэлектрическая проницаемость среды e - безразмерная величина. Определить её можно с помощью специальных таблиц.
|
|
|
