Понятие электрического заряда

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).