2015-05-10
1719
Свойства электрического заряда:
· элементарный заряд равен 1,6 . 10-19 Кл;
· существуют положительные и отрицательные заряды;
· величина заряда остаётся неизменной независимо от того, движется он, или покоится;
· полный заряд электрически изолированной системы остаётся постоянным.
Заряд называется точечным, если можно пренебречь размерами заряженного тела по сравнению с расстоянием от этого тела до других зарядов.
Одноименные заряды отталкиваются, разноименные - притягиваются. Закон взаимодействия зарядов впервые сформулировал Кулон в 1785 г. (закон Кулона):
(1.1)
где q1, q2 - взаимодействующие заряды, r - расстояние между зарядами.
В векторном виде закон Кулона:
(1.2)
Сила 
направлена вдоль прямой, соединяющей заряды.
Запишем закон Кулона в виде:
(1.3)
Cила взаимодействия двух зарядов равна произведению первого заряда на напряжённость электрического поля заряда q2 (E2 зависит от заряда q2 и расстояния до него r).
Если заряд q взаимодействует с несколькими зарядами, можно сказать, что он взаимодействует с электрическим полем, созданным этими зарядами, при этом электрическое поле вычисляется как векторная сумма полей от каждого заряда (принцип суперпозиции):
|
|
|
(1.4)
Напряженность поля это – сила, действующая на заряд:
(1.5)
Электростатическое поле - консервативное силовое поле, то есть работа сил поля над зарядом A не зависит от траектории движения заряда, а определяется его начальным и конечным положениями. Для силового поля вводят понятие потенциальной энергии U. Работу сил поля при перемещении заряда q можно представить как разность потенциальных энергий в начальном и конечном положениях заряда.
Связь силы с потенциальной энергией записывается так:
В одномерном случае - это:
Найдём U полагая, что рассматриваем взаимодействие точечных зарядов q и Q:
Потенциальной энергией взаимодействия зарядов q и Q будет:
где 
- называется потенциалом точечного заряда Q в точке пространства на расстоянии r от него.
Потенциал электрического поля – это потенциальная энергия взаимодействия единичного заряда с этим полем.
Напряжённость электрического поля, и потенциал описывают один объект - электростатическое поле.
Напряжённость - силовая, векторная характеристика поля.
Потенциал - скалярная энергетическая характеристика.
Связь между ними такая же, как между силой и потенциальной энергией:
В одномерном случае:
Физический смысл имеет разность потенциалов; начало отсчёта потенциала (т.е. где положить его равным нулю) выбирается произвольно, из соображений удобства в рамках конкретной задачи.
Потоком напряжённости электрического поля (или просто потоком электрического поля) d Ф через площадку dS называется величина:
|
|
|
За направление площадки-вектора принимается направление нормали к её поверхности. Тогда поток вектора есть произведение модуля вектора на проекцию площадки, перпендикулярную к направлению вектора. (У площадки две стороны, поэтому всегда надо оговаривать, какую нормаль принимать за положительную.)
Закон Гаусса (теорема Гаусса, теорема Остроградского-Гаусса):
Поток напряженности электростатического поля сквозь произвольную замкнутую поверхность пропорционален алгебраической сумме зарядов, охватываемых этой поверхностью (при этом за положительную принимают нормаль к внешней поверхности):
Для наглядноси, принято изображать векторное электрическое поле в пространстве (или на плоскости) с помощью линий электрического поля, которые строятся по следующим правилам:
- вектор электрического поля в каждой точке пространства направлен по касательной к линии поля в этой точке;
- направление вектора поля совпадает с направлением линии поля;
- густота линий поля отражает величину вектора поля в данной точке пространства;
- линии поля начинаются на положительных зарядах и кончаются на отрицательных; либо приходят из бесконечности и уходят в бесконечность;
- поскольку в каждой точке пространства поле определено однозначно, линии поля не могут пересекаться.
