Тема 1 Электрическое поле в вакууме
ЗАКОН КУЛОНА
Взаимодействие электрических зарядов
В 1785 году Кулон сформулировал закон взаимодействия электрических зарядов на основании выполненных им измерений. В современных обозначениях этот закон можно записать в виде
(1)
где и – величины взаимодействующих зарядов;
– расстояние между зарядами;
– коэффициент, зависящий от выбора единиц измерения физических величин.
Сила действует на заряд , находящийся в точке 1, со стороны заряда . Чтобы найти силу , действующую на заряд , достаточно поменять местами индексы 1 и 2. Силы взаимодействия зарядов направлены по прямой линии, соединяющей заряды; направление этой прямой в пространстве указывает единичный вектор =
Рис. 2. Взаимодействие одноименных (а: > 0, > 0) и разноименных (б: > 0, < 0) зарядов
В Международной системе единиц СИ закон Кулона записывается в виде
(2)
|
|
где – электрическая постоянная (это также диэлектрическая проницаемость вакуума, она практически равна диэлектрической проницаемости разряженных газов, в том числе воздуха).
В дальнейшем, на примере закона Кулона показано, как физические законы преобразуются в уравнения математической физики.
Понятие электрического заряда
Электрический заряд является базовым понятием теории электромагнетизма. Его определение формируется как перечень установленных экспериментально свойств. Главными из этих свойств являются следующие:
1) существуют два вида зарядов; заряды одного вида отталкиваются, заряды разных видов притягиваются;
2) заряды разной величины взаимодействуют с разными силами (по силе взаимодействия можно судить о величине зарядов);
3) заряд дискретен; не существует зарядов, меньших по абсолютной величине, чем заряд электрона;
4) величина заряда, находящегося в ограниченном объеме, сохраняется неизменной; изменить ее можно путем перемещения зарядов через поверхность, ограничивающую этот объем;
5) величина заряда, находящегося в ограниченном объеме, сохраняется неизменной при любой скорости движения вплоть до скорости света. Два первых свойства отражены в законе Кулона, в частности, если < 0, сила изменяет направление (рис. 2).