Електричний заряд. Закон збереження електричного заряду. Закон Кулона

Усі тіла складаються з атомів і молекул. До складу атомів входять протони, нейтрони та електрони. Електрони несуть негативний заряд, величину якого визначено e = -1,6·10 - 19 Кл. Протони мають позитивний заряд 1,6·10- 19Кл. Нейтрони мають заряд, що дорівнює 0. Електричні заряди є дискретними, тобто будь-який заряд більший від елементарного і чисельно дорівнює q = ± Ne (N = 1, 2, 3, … ). Електричний заряд - скалярна фізична величина, що є кількісною мірою здатності частинок до електромагнітної взаємодії і вимірюється в кулонах (Кл). Зарядові q = 1Кл відповідає такий заряд, який переноситься через поперечний переріз провідника постійним струмом I = 1 А за час t = 1 c: q = It; [q] = 1 Кл = 1 A·1 c. Електричний заряд - властивість матерії, тому заряди не існують без матеріальних носіїв. Якщо йде мова про рух і взаємодію зарядів, то мають на увазі рух і взаємодію заряджених частинок або тіл. Тіла, розмірами яких можна знехтувати порівняно з відстанню між ними і на поверхні яких знаходиться заряд, називають точковими зарядженими тілами (зарядами).Про наявність зарядів на тілах можна судити із притягання, відштовхування тіл, яким надано заряди. Заряд тіл вимірюють за допомогою електроскопів і електрометрів. Здатність електричних зарядів як до взаємного притягання, так і до взаємного відштовхування пояснюється передбаченням про існування двох різних видів зарядів. За нормальних умов тіла є електронейтральними, тому що заряди всередині них взаємно скомпенсовані, рівномірно розподілені в об'ємі тіла. Якщо тіло містить більшу кількість заряджених частинок одного знака, ніж іншого, воно є зарядженим. Саме цей надлишковий заряд визначає собою електричні властивості тіла і його називають зарядом тіла. Надлишкова кількість електронів приводить до появи на тілі негативного заряду і навпаки.Процес, що приводить до появи на тілах або різних частинах одного тіла надлишку електричного заряду, називають електризацією. Електризація може відбуватися під дією світла й інших взаємодій, однак внаслідок електризації завжди виконується закон збереження заряду: в ізольованій системі заряджених тіл алгебраїчна сума зарядів - величина стала: q1 + q2 + … + qn = const або qn = const.. Ш. Кулон. Це основний закон електростатики. Його отримано за допомогою крутильних терезів (рис.4.1.2).

Крутильні терези складаються зі скляної палички a, підвішеної на тонкій пружній нитці l. На одному кінці палички закріплено маленьку металеву кульку b, на другому - противагу c. Ще одну металеву кульку d закріплено на кришці терезів нерухомо. Якщо кульки зарядити, то в результаті їх взаємодії паличка повертається в горизонтальній площині. За кутом закручування нитки можна визначити силу взаємодії зарядів. Кулон встановив, що сила взаємодії F пропорційна величині зарядів кульок b (q1) і c (q2) і обернено пропорційна квадрату відстані між ними r: . Остаточно закон Кулона для взаємодії нерухомих точкових заряджених тіл у вакуумі має таку форму запису:

Електричне поле. Напруженість електричного поля. Електричне поле точкового заряду. Принцип суперпозиції полів

Теорія близькодії, створена на основі дослідження англійського фізика М. Фарадея, пояснює взаємодію електричних зарядів тим, що навколо кожного електричного заряду існує електричне поле - особливий вид матерії, що існує незалежно від наших знань про нього і має енергію. Електричне поле неперервне в просторі і здатне діяти на інші електричні заряди. Електричне поле нерухомих зарядів називають електростатичним. Головна властивість електричного поля - здатність діяти на внесені в нього електричні заряди з деякою силою. Тому досліджують електричні поля за допомогою пробного точкового заряду. Нехай в точці О знаходиться позитивний точковий заряд q (рис.4.1.5). У довільну точку поля С, створеного зарядом q, і яка знаходиться на відстані r від цього заряду, помістимо пробний заряд q0. Модуль сили взаємодії між цими зарядами визначаємо за законом Кулона

П оділивши обидві частини формули (4.1.4) на q0 і прирівнявши q1 = q, отримуємо   (4.1.5)Напруженістю електричного поля називають фізичну векторну величину Е, що є силовою характеристикою електричного поля в кожній його точці і чисельно дорівнює відношенню сили, з якою поле діє на точковий заряд, поміщений у цю точку, до значення цього заряду. Напрям напруженості збігається з напрямом електричної сили, що діє на пробний позитивний заряд в цій точці: