 |
|
ЭЛЕКТРОСТАТИКА В ВАКУУМЕ
Лекция 8/1
1.1. Электрический заряд
1.2.Закон Кулона
1.3.Электрическое поле. Напряженность.
1.4.Принцип суперпозиции электрических полей.
1.5. Примеры расчета полей на основе принципа суперпозиции. Поле электрического диполя.
1.1. Электрический заряд
Электрическое, или электростатическое взаимодействие – это один из фундаментальных видов взаимодействия, рассматриваемых в физике. Электрические силы действуют, например, между электронами и протонами, а также между электронами. Эти силы значительно больше гравитационных и порождаются электрическими зарядами.
Первые сведения об электричестве относятся к электрическим зарядам, полученным посредством трения. Электрические же цепи, подводящие ток к осветительным лампочкам и электромоторам, появились с изобретением батарей после 1800 года. В 1752-53г. Ломоносов и Рихман в России и Франклин в Америке доказали общую природу атмосферного электричества и электризации при трении. Мощная молния и слабые искорки, наблюдаемые при расчесывании волос гребнем, - это электрические разряды в воздухе, отличающиеся лишь масштабом явления.
Исходными для всей электродинамики являются такие понятия, как «электрический заряд» и «электромагнитное поле».
Понятие «электрический заряд» тесно связано
1. с особыми свойствами заряженных тел и частиц, которые проявляются в образовании электромагнитного поля, сопутствующего заряду,
2. и в силовом действии поля на заряд.
Эти два разных свойства заряженных тел – создавать поле и испытывать на себе действие поля других зарядов – характеризуются одной и той же величиной – электрическим зарядом q.
Величина заряда определяется в физических измерениях по тем или иным проявлениям электромагнитного взаимодействия.
Пример: Так, для точечных покоящихся зарядов предполагают, что сила взаимодействия между ними пропорциональна величине зарядов (закон Кулона). Поэтому, выбирая единичный заряд, можно определить величину другого заряда, сравнивая силы взаимодействия зарядов: единичного с единичным и единичного с неизвестным.
Единицей измерения заряда является кулон (Кл).
Заряд– величина
· скалярная и выражается действительными числами: может иметь положительные, нулевые и отрицательные значения.
· инвариантна к преобразованиям Лоренца, т.е. заряд некоторого тела или частицы выражается одним и тем же числом во всех инерциальных системах отсчета.
· аддитивная: при соединении нескольких точечных зарядов в один «результирующий» заряд равен алгебраической сумме соединеннных зарядов. Заряд любой системы заряженных тел и частиц равен сумме зарядов отдельных тел и частиц. Заряд макроскопического тела равен сумме зарядов его частей.
· Электрический заряд по природе дискретен. Пределом дробимости электрического заряда является элементарный заряд, присущий электронам, протонам и другим элементарным частицам, модуль его e=1,6021892·10-19 Кл.
Субэлементарные частицы – кварки - имеют заряды ±e/3 или ±2e/3 , но они в свободном состоянии не наблюдаются.
В классической электродинамике рассматривают макроскопические заряды, которые считаются непрерывными, а непрерывными заряды можно считать лишь без учета существования наименьшего элементарного заряда. Отсюда следует, что понятие бесконечно малого заряда dq имеет физический, а не буквально математический смысл:
- dq мало в сравнении с некоторым полным зарядом q,
- но все еще так велико по сравнению с элементарным зарядом, что дискретность элементарных зарядов можно не принимать во внимание.
Непрерывность электрического заряда допускает и непрерывное его распределение вдоль линии, поверхности, в пространстве. Это распределение описывается плотностью заряда