Электростатическое поле и его напряженность. Принцип суперпозиции электростатических полей

ЭЛЕКТРОСТАТИКА

Электростатика изучает взаимодействие неподвижных электрических зарядов, заряженных тел и полей.

1.1. Электрические заряды.
Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона

Способность частиц (или тел) к электромагнитному взаимодействию характеризует электрический заряд. Существуют два вида электрических зарядов – положительные и отрицательные. Электрический заряд дискретен – кратен элементарному заряду q =1,6·10^-19 Kл (заряд электрона, протона), т.е. заряд любого тела равен целому числу элементарных зарядов. Единица измерения заряда – кулон (Кл).

По наличию свободных зарядов все тела делятся на проводники, диэлектрики и полупроводники.

Из опытных данных установлен фундаментальный закон природы – закон сохранения заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов любой электрически замкнутой системы остается неизменной .

Электрически замкнутой является система, не обменивающаяся зарядами с внешними заряженными телами.

Закон взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов экспериментально был открыт французским физиком Ш.Кулоном.

Если линейные размеры заряженного тела пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, то его можно считать точечным.

Закон Кулона: сила электростатического взаимодействия двух точечных зарядов q ₁ и q ₂ в вакууме прямо пропорциональна произведению этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними:

,

где k – коэффициент пропорциональности: . Величина e₀ называется электрической постоянной, e₀ = 8,85×10^-12 Кл²/(Н×м²).

Силы взаимодействия между точечными зарядами направлены вдоль прямой, соединяющей заряды (центральные силы). Для разноименных зарядов это силы притяжения, а для одноименных – силы отталкивания.

Если заряды поместить в среду (керосин, масло), то эта сила уменьшится в e раз, где e – относительная диэлектрическая проницаемость, или диэлектрическая проницаемость среды, e>0. Для воздуха и вакуума e = 1. С учетом e закон Кулона записывается в виде

.

Электростатическое поле и его напряженность. Принцип суперпозиции электростатических полей

Вокруг неподвижного заряда создается электростатическое поле, которое может проявить себя по силовому воздействию на заряженную частицу.

Силовой характеристикой электростатического поля является напряженность Е.

Вектор Ечисленно равен силе, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля, и направлен в сторону действия силы: .

Так как , то .

Единицей напряженности электрического поля является вольт на метр (В/м), 1 В/м = 1 Н/Кл.

Для большей наглядности электростатическое поле представляют непрерывными линиями напряженности или силовыми линиями (рис. 1.1).

Силовыми линиями называются кривые, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности поля. Если в какую-либо точку этого поля поместить пробный заряд q ₀, то на него со стороны зарядов q ₁, q ₂,..., q_n будут действовать кулоновские силы F ₁, F ₂,..., F _n. Согласно принципу независимости действия сил, равнодействующая сила F равна их векторной сумме:

F = F ₁ + F ₂ +...+ F _n = .

Учитывая определение напряженности поля, можно сформулировать принцип суперпозиции напряженности электростатических полей.

Напряженность электростатического поля системы точечных зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, создаваемых каждым из этих зарядов в отдельности.

.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: