20.  Электрический заряд и его свойства. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Диэлектрическая проницаемость и ее физический смысл

Электростатика – это раздел физики, в котором изучается взаимодействие и свойства систем электрических зарядов, неподвижных относительно выбранной инерциальной системы отсчета.

В основе всего разнообразия явлений природы лежат четыре фундаментальных взаимодействия между элементарными частицами

· гравитационное,

· электромагнитное,

· слабое,

· сильное.

Электрический заряд – носитель электромагнитного взаимодействия.

Фундаментальные свойства зарядов

1. Электрический заряд может быть двух типов: положительный (при трении кожи о стекло) и отрицательный (при трении меха с эбонитом). Тела, имеющие электрические заряды одного знака, отталкиваются друг от друга, тела с зарядами противоположных знаков – притягиваются.

2. Носителями электрического заряда являются заряженные элементарные частицы с элементарным зарядом  (Кулон – единица электрического заряда в СИ)

протон – носитель положительного заряда (+e), (m_p=1, 67× 10^-27 кг );

электрон – носитель отрицательного заряда (–e), (m_e=9, 11× 10^-31 кг ).

Заряд любого другого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда.

 3. Фундаментальный закон сохранения электрического заряда (выполняется в любых процессах рождения и уничтожения элементарных частиц): в любой электрически изолированной системе алгебраическая сумма зарядов не изменяется.

 4. Электрический заряд является релятивистcки инвариантным: его величина не зависит от системы отсчета, а значит, не зависит от того, движется он или покоится.

    Итак, зарядить тело положительно – значить отнять у него определенное число электронов, а зарядить отрицательно – сообщить телу определенное число лишних электронов. Отметим, что заряды тел порядка 1 нКл = 10^-9 Кл можно считать уже весьма значительными. Для того чтобы тело имело такой заряд, число электронов в нем должно отличаться от числа протонов на ! штук.

Классификация тел в зависимости от концентрации свободных зарядов

1. Проводники (тела со свободным перемещением зарядов по всему объему);

1. 1. Проводники I рода – металлы (заряды перемещаются без химических превращений);

1. 2. Проводники II рода – электролиты (перемещение зарядов сопровож­дает­ся химическими превращениями);

2. Полупроводники (тела с ограниченным перемещением зарядов);

3. Диэлектрики (тела, в которых практически отсутствуют свободные заряды);

Единица электрического заряда Кулон – производная от единицы силы тока, это электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А за время 1 с (1Кл=1А× 1с).

  Закон Кулона. Диэлектрическая проницаемость и ее физический смысл

        

Рис. 1. Схема взаимо­дей­ствия точечных зарядов

Закон Кулона – закон о взаимодействии точечных зарядов: сила взаимодействия F двух неподвижных точечных зарядов q₁ и q₂ в вакууме направлена вдоль линии, соединяющей оба заряда, прямо пропорциональна величинам этих зарядов и обратно пропор­ци­ональна квадрату расстояния между ними:

,                            (1)

 

где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора единиц измерения. В системе СИ

,

 - электрическая постоянная.

 

Сила F называется кулоновской силой, она является силой притяжения, если заряды имеют разные знаки (рис. 1), и силой отталкивания, если заряды одного знака.

Если электрические заряды поместить внутрь диэлектрика, то сила электрического взаимодействия уменьшается в соответствии с выражением:

 

,                                                  (2)

где - диэлектрическая проницаемость среды, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия точечных зарядов в диэлектрике меньше силы их взаимодействия в вакууме.

Значения диэлектрической проницаемости для некоторых веществ

 

№ пп	Вещество	e
	Вода	81, 0
	Слюда	7, 0
	Стекло	7, 0
	Трансформаторное масло	2, 2
	Парафин	2, 0

 

123456789Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: