Электричество

9.1. Электрический заряд

9.1.1. Электрический заряд - определение

Электрический заряд - характеристика частиц, определяющая интенсивность их электромагнитного взаимодействия.

9.1.2. Два вида зарядов

Существует два вида электрических зарядов, условно называемых положительными и отрицательными.

9.1.3. Взаимодействие зарядов разных знаков

	Заряды разных знаков притягиваются друг к другу,
	заряды одного знака отталкиваются.

9.1.4. Элементарные частицы - носители заряда

Носителями заряда являются элементарные частицы, заряд элементарных частиц, если они заряжены, одинаков по абсолютной величине e = 1.6·10^-19 Кл.

9.1.5. Электрон имеет отрицательный заряд (-е), протон - положительный (+е), заряд нейтрона равен нулю. Из этих частиц построены атомы любого вещества.
Суммарный заряд атома равен нулю.

9.1.6. Закон сохранения заряда утверждает:

В электрически изолированной системе суммарный заряд не может изменяться.

9.1.7. Релятивистская инвариантность заряда означает, что его величина, измеренная в различных инерциальных системах отсчета, оказывается одинаковой.
Или:
Величина заряда не зависит от скорости, с которой он движется.

9.2. Взаимодействие точечных зарядов

9.2.1. Точечный заряд - модель заряженного тела, сохраняющая три его свойства: положение в пространстве, заряд и массу.
Или: точечный заряд - это заряженное тело, размерами которого можно пренебречь.

9.2.2. Закон Кулона
Взаимодействие двух точечных неподвижных зарядов в вакууме описывается законом
Кулона:

.

9.2.3. Единица заряда в системе СИ - кулон Один кулон (1 Кл) определяется через единицу силы тока, см. (10.1).

9.2.4. Принцип суперпозиции утверждает, что сила взаимодействия двух зарядов не изменится, если к ним добавить еще какие либо заряды. Для зарядов на рисунке это значит, что и не зависят от присутствия заряда q₃, и не зависят от присутствия заряда q₂, аналогично - и не завися от заряда q₁.

Значит, результирующую силу, действующую на любой заряд, можно найти как векторную сумму сил попарного взаимодействия зарядов. Для заряда q1 результирующая сила , аналогично и для остальных зарядов:

9.3. Электрическое поле

9.3.1. Заряд - источник поля. Всякий покоящийся заряд создает в пространстве вокруг себя только электрическое поле. Движущийся - еще и магнитное.

9.3.2. Заряд - индикатор поля. О наличии электрического поля судят по силе, действующей на неподвижный положительный точечный заряд, помещенный в это поле (пробный заряд).

9.3.3. Напряженность - силовая характеристика электрического поля. Если на неподвижный точечный заряд q_пр. действует сила, то значит, в точке нахождения этого заряда существует электрическое поле, напряженность которого определяется так:

.

9.3.4. Единица напряженности в системе СИ имеет название вольт на метр (В/м), при такой напряженности на заряд в 1 Кл действует сила в 1 Н. Происхождение размерности В/м см (9.7) .

9.3.5. Знаем напряженность - найдем силу
Если в каждой точке пространства нам известна напряженность электрического поля , то мы можем найти силу, действующую на точечный заряд, помещенный в точку r (9.3.3)

.

9.3.6. Принцип суперпозиции электрических полей

Из (9.2.4) следует, что поля складываются, не возмущая друг друга. Если поле создано системой зарядов, то результирующее поле равно векторной сумме полей отдельных зарядов: .

9.3.7. Напряженность поля точечного заряда

Задача - найти напряженность поля, созданного в точке точечным зарядом q.

Решение:

а) поместим в точку пробный заряд q_пр и найдем по закону Кулона (9.2.2) силу,
действующую на пробный заряд:

;

.

.

!!! Пробный заряд в ответ не входит!

.

9.3.8. Линии напряженности

Для графического изображения электрического поля используются линии напряженности (силовые линии). Их строят по следующим правилам:

9.3.8.1. Линии напряженности

начинаются на положительных зарядах, заканчиваются на отрицательных или уходят в бесконечность.

9.3.8.2. Вектор напряженности

направлен по касательной к линии напряженности в каждой точке.

9.3.8.3. Густота линий

пропорциональна модулю напряженности электрического поля.

9.3.9. Линии напряженности точечных зарядов

а) поле положительного заряда

б) поле отрицательного заряда