Читать онлайн «Физика: электричество и магнетизм»

Глава 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ 1. 1. Электрический заряд. Электризация. Электростатика — раздел учения об электричестве, изучающий взаимодействие неподвижных электрических зарядов и свойства постоянного электрического поля. Электрический заряд — это внутреннее свойство тел или частиц, характеризующее их способность к электромагнитным взаимодействиям. Единица электрического заряда — кулон (Кл) — электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника при силе тока 1 ампер за время 1секунда. Существует элементарный (минимальный) электрический заряд e =1,6⋅10–19 Кл. ТУ Носитель элементарного отрицательного заряда — электрон. Его масса me =9,11⋅10-31 кг. Носитель элементарного положительного заряда — протон. Его масса mp =1,67⋅10–27 кг. Фундаментальные свойства электрического заряда установленные опытным путем: Существует в двух видах: положительный и отрицательный. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные — притягиваются. БН Электрический заряд инвариантен — его величина не зависит от системы отсчета, т. е. от того, движется он или покоится. Электрический заряд дискретен (квантуется) — заряд любого тела составляет целое кратное от элементарного электрического заряда e: q   Ne , й где N -целое число. Если N  1 , квантование несущественно и заряд можно считать ри непрерывной величиной Электрический заряд аддитивен — заряд любой системы тел (частиц) равен алгебраической сумме зарядов тел (частиц), входящих в систему. Электрический заряд подчиняется закону сохранения заряда: Алгебраическая сумма о электрических зарядов любой замкнутой системы остается неизменной, какие бы процессы ни происходили внутри данной системы. Под замкнутой системой в данном случае понимают систему, которая не обменивается зарядами с внешними телами. ит В электростатике используется физическая модель — точечный электрический заряд — заряженное тело, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи. з 1. 2. Закон Кулона по Закон взаимодействия точечных зарядов был установлен французским физиком Ш. Кулоном и формулируется следующим образом: сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорциональна величинам зарядов q1 и q2, и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними: Ре kq1 q 2 F (1. 1) r2 В системе СИ множитель k представим в виде 1 k (1. 2) 4 0 1  1 где k   9∙109 Н/(м2∙Кл2), где  0 — электрическая постоянная, относящаяся к числу 4 0 Кл 2 Ф фундаментальных физических постоянных:  0  8,85∙10 -12 ⋅или  0  8,85∙10-12 ⋅, где Нм 2 м фарад (Ф) – единица емкости в системе СИ. 8,85∙10-12 Ф/м Сила F направлена по прямой, соединяющей взаимодействующие заряды, т. е.