СЛУЖБА ПОДДЕРЖКИ

8 (800) 777-46-70

Звонок бесплатный по РФ

Напишем

СЛУЖБА ПОДДЕРЖКИ

8 (800) 777-46-70

Звонок бесплатный по РФ

Электростатикой называют раздел физики, в котором изучают неподвижные, покоящиеся электрические заряды и поля. В статье мы рассмотрим самые важные законы электростатики, определения и формулы этой важнейшей области науки о свойствах и формах окружающей нас материи.

Понятие электрического заряда и его важнейшие законы электростатики

Определения 1 — 2

Электрическим зарядом именуют физическую величину, характеризующую способность тел вступать между собой в электромагнитное взаимодействие. Обозначается электрический заряд обычно буквами q или Q. В системе он измеряется в Кулонах.

Один Кулон равняется заряду, проходимому через проводник (его поперечное сечение) за 1 секунду с силой тока в 1 Ампер.


 

Элементарный электрический заряд – минимальный электрический заряд, существование которого допускается природой. Он равен:

\[\mathrm{e}=1,602177 \cdot 10-19 \mathrm{Kл} \approx 1,6 \cdot 10-19 \mathrm{Kл}\]

Любой, правильнее сказать абсолютно любой, электрический заряд кратен элементарному.

\[\mathrm{Q}=\mathrm{N}^{*} \mathrm{e}\]

Существуют два типа зарядов – положительные (они обозначаются знаком +) и отрицательные (они обозначаются знаком — ). Между одноимёнными электрическими зарядами всегда происходит отталкивание, разноимёнными — притяжение.

Закон сохранения электрического заряда

Закон 1 + формула

Это важнейший закон не только электростатики, но и всей физики. Суть его состоит в том, что сумма зарядов любой системы, которая электрически изолирована, не может измениться ни при каких обстоятельствах. На языке математики — это можно записать так:

\[\mathrm{q}_{1}+\mathrm{q}_{2}+\mathrm{q}_{3}+\ldots+\mathrm{q}_{\mathrm{n}}=\text { const }\]

Процессы появления/исчезновения зарядов наукой зафиксированы, но тот и другой процесс предполагает их парное (положительный и отрицательный) появление или уничтожение. Причём возникающие и исчезающие заряды должны быть не только противоположны между собой по знаку, но и равны по абсолютной величине.

Определение 3

Электризацией называют явление перераспределения электрического заряда между физическими телами.

Основными способами электризации являются трение, касание и влияние. Тела, ставшие в силу тех или иных процессов электрически заряженными, называют электризованными.

Если мы имеем два тела одинакового размера и формы, заряжённые один q1, второй q2, то из выше приведённого закона сохранения явным образом следует, что если привести их в соприкосновение друг с другом, а затем развести, величина заряда каждого из них станет равной

q, = (q1 + q2)/2.

Величина заряда никак не зависит от его движения и скорости. Это означает, что если заряжённое тело начнёт двигаться, то от это никак не повлияет на величину его заряда, не уменьшит и не увеличит её.

Электростатика закон кулона

Определение 4

Точечными электрическими зарядами именуются такие электрически заряженные физические тела, формой и размерами которых при рассмотрении процесса их взаимодействия можно пренебречь.

Одни и те же тела в одних условиях можно считать точечными, а в других нет. Например, две заряженные полусферы, находящиеся друг от друга на расстоянии в сотню раз превышающем их размер допустимо считать точечными зарядами. Если расстояние разделяющие заряженные полусферы сравнимо с их размерами, то при расчёте электрического взаимодействия, размеры и форму придётся учитывать обязательно.

Закон 2 + формула

Закон Кулона провозглашает, что сила, с которой два точечных заряда взаимодействуют в пустоте, прямо-пропорционально зависит от абсолютной величины указанных зарядов и обратно пропорционально от квадрата расстояния, которое их разделяет.

\[\mathrm{F}=\mathrm{k}\left(\left|\mathrm{q}_{1}\right|^{*}\left|\mathrm{q}_{2}\right|\right) / \mathrm{R}^{2}\]

k – коэффициент пропорциональности, зависящий от выбранной системы измерений. В СИ он равен k = 9*109 (Н*м2)/Кл2.

Закон Кулона

Если заряженные тела находятся в каком-либо веществе, в указанном законе появляется ещё один коэффициент, называемый диэлектрической проницаемостью.

Определение 5

Диэлектрическая проницаемость – величина, обозначающая, во сколько раз сила (F) взаимодействия зарядов, находящихся в веществе, меньше их силы взаимодействия в вакууме (F0). Обозначается диэлектрическая проницаемость чаще всего, буквой ε.

Из определения можно сделать вывод, что диэлектрическая проницаемость вакуума равняется единице (ε =1). Диэлектрическую проницаемость воздуха при рассмотрении очень многих явлений можно тоже считать равной 1.

Проводниками называют вещества, в которых присутствуют свободные носители заряда. Диэлектриками – вещества, в которых их нет.

Самый яркий и хорошо известный пример проводника – металлы. Носителями заряда в них являются свободные электроны. Также проводниками являются недистиллированная вода, влажный грунт, растворы солей и т. д.

У диэлектриков свободные заряды почти полностью отсутствуют. К подобным веществам относятся воздух, стекло, фарфор, сухое дерево, резина, пластмассы и т. д.

Закон Кулона хотя и описывает взаимодействие электрических зарядов, совершенно ничего не говорит о его природе. Многочисленные эксперименты подтвердили, что заряжённые тела действуют друг на друга не непосредственно, а с помощью электростатического поля. О его важнейших характеристиках поговорим далее.

Напряжённость

Закон 3 + формула

Векторная величина, равная силе, которой поле оказывает действие на помещённый в него единичный положительный заряд.

\[\mathrm{E}=\mathrm{F} / \mathrm{q}\]

Единицей измерения напряжённости служат Н/Кл или В/м.

Для описания электрического поля часто используют так называемые силовые линии.

Описание электрического поля

Особо следует подчеркнуть, что силовые линии в природе не существуют. Они являются плодом человеческого воображения, помогающим лучше и нагляднее описать электрическое поле и более ничем.

Основными свойствами силовых линий считаются:

  • Совпадение с направлением вектора напряжённости;
  • Незамкнутость. Принято считать, что линии идут положительных зарядов к отрицательным;
  • Стабильность во времени. Напомним, речь здесь идёт об электростатических электрических полях. В электродинамике, где поля не постоянны, всё несколько иначе;
  • Непересекаемость между собой. Линии никогда не находят одна на другую, какое бы явление мы ни рассматривали;
  • Перпендикулярность плоскости поверхности основного проводника. Последний можно представить в виде совокупности множества точечных зарядов из которых силовые линии исходят или, наоборот, входят в них.

Электростатический потенциал

Определение 6 + формула

Электростатический потенциал — это скалярная величина, равная потенциальной энергии находящегося в нём единичного положительного заряда. Вычисляется она по формуле

\[\varphi=\mathrm{W}_{\text {потенциал }} / \mathrm{q}\]

Часто под потенциалом электростатического поля понимают работу, которую нужно затратить, чтобы переместить единичный положительный заряд из точки, где он находится, на бесконечность.

Работа по перемещению заряда в электростатическом поле определяется лишь его начальным и конечным положениями, но не путём перемещения. Такое поле называют потенциальным.

потенциальное поле

Конкретная величина потенциала почти никакой информации о поле не даёт. Значение имеет разность потенциалов.

Определения 7 — 9

Напряжением в электростатике называют разность потенциалов между двумя точками поля \[\mathrm{U}=\varphi_{2}-\varphi_{1}\].

Единицей измерения потенциала является Вольт. Он равен 1 В = 1 Дж/Кл


 

Электроёмкостью называют физическую величину, характеризующую способность проводников (в том числе систем проводников) накапливать электрический заряд. Чаще всего её обозначают буквой C. Измеряется в Фарадах. Один Фарад равен ёмкости, которую имеет конденсатор с зарядом каждой из пластин в 1 Кулон и напряжением между ними в 1 Вольт.


 

Конденсаторами именуют устройство накопления электрического заряда, состоящее из проводящих пластин, разделённых между собой диэлектриком. Форма пластин может быть абсолютно любой. Чаще всего встречаются плоские, цилиндрические и сферические. Диэлектрик тоже бывает разным: слюда, керамика, бумага и пр.

Приведём в таблице основные формулы электростатики:

 основные формулы электростатики

Умеешь писать статьи?
Разбираешься в теме?

Начни писать статьи на заказ!

Хочу заработать