Закон Кулона. Закон сохранения электрического заряда

Закон сохранения электрического заряда

Билет

фундаментальный закон природы, экспериментально подтвержденный в 1843 г. английским физиком М.Фарадеем, - закон сохранения заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы остается неизменной, какие бы процессы не происходили внутри этой системы.

В зависимости от концентрации свободных зарядов тела делятся на про­водники, диэлектрики и полупроводники. Проводники - тела, в которых электрический заряд может перемещаться по всему его объему. Проводники делятся на две группы: первого рода (металлы) - перенесение в них за­рядов (свободных электронов) не сопровождается химическими превращения­ми; второго рода (например, расплавленные соли, растворы кислот) - пе­ренесение в них зарядов (положительных и отрицательных ионов) ведет к хи­мическим изменениям. Диэлектрики (например, стекло, пластмассы) -тела, в которых практически отсутствуют свободные заряды.

Единица электрического заряда (производная единица, так как определяет­ся через единицу силы тока) -кулон (Кл) - электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1А за время I с. (см. При­ложение).

Точечным называется заряд, сосредоточенный на теле, линейные размеры которого пре­небрежительно малы по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, с которыми он взаимодействует.

Закон Кулона: сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорциональна зарядам Q₁ и Q₂ и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними:

,

где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы еди­ниц.

Сила F направлена по прямой, соединяющей взаимодействующие заряды, т.е. является центральной, и соответствует притяжению в случае разноименных зарядов и отталкиванию в случае одноименных. Эта сила называется куло­нов с к о и.

В векторной форме закон Кулона имеет вид

, (1.1)

где - сила, действующая на заряд Q₁ со стороны заряда Q₂, - радиус-вектор, соединяющий заряд Q₁ с зарядом Q₂, (рис. 1).

Рис. 1

В СИ коэффициент пропорциональности равен .

Тогда закон Кулона запишется в окончательном виде

. (1.2)

Величина ε₀ называется электрической постоянной; она отно­сится к числу фундаментальных физических постоянных и равна

ε₀=8,85∙10^-12 Кл²/(Нм),

или ε₀= 8,85∙10^-12 Ф/м, где фарад (Ф) - единица электрической емкости. То­гда м/Ф.