Как называется основной закон электростатики

Основные понятия электростатики. Электричество играет исключительно важную роль в природе. Атомы, из которых состоят все виды вещества – это положительно заряженные ядра, окруженные вращающимися вокруг них отрицательно заряженными электронами. Молекулы – это сложные структуры, состоящие из атомов, между которыми существуют различные виды межатомных и межмолекулярных связей. Существование атомов и молекул возможно благодаря существованию электромагнитных взаимодействий. Этот вид взаимодействия лежит в основе строения окружающего нас вещества.

Французский естествоиспытатель Ш. Дюфе (1698–1739) установил, что одни вещества притягиваются между собой, а другие отталкиваются. Это свойство он называл «смоляным» и «стеклянным» электричеством. Позднее Б. Франклином16было предложено различные заряды называть положитель-

ными и отрицательными. Например, прикасаясь к ручке автомобиля, или снимая синтетическую одежду (при этом в темноте мы можем заметить проскакивающую искру), или же расчесывая волосы, во всех случаях предметы приобретают электрический заряд благодаря трению, то есть происходит электризация трением.

Электрическим зарядом называется физическая величина, характеризующая свойство тел или частиц вступать в электромагнитные взаимодействия и определяющая значения сил, возникающих при таких взаимодействиях.

16 Американский ученый и государственный деятель Бенджамин Франклин (1706–1790) условно назвал их положительным и отрицательным. Хотя какой из них как назвать – было абсолютно безразлично.

Электрический заряд любого заряженного тела равен целому числу элементарных зарядов. В электрически нейтральном (незаряженном) теле содержится равное число элементарных зарядов противоположного знака. Он дискретен, неделим, и не зависит от своей скорости движения.

Б. Франклином был сформулирован закон сохранения заряда : суммарный электрический заряд, образующийся в результате любого процесса, равен нулю, или в замкнутой системе17взаимодействующих тел алгебраическая сумма зарядов остается постоянной:

= åQj , (3.1.1.)

Зависимость силы взаимодействия между электрическими зарядами от величины этих зарядов и расстояния между ними исследовал в 1780 г. французский физик и военный инженер Шарль Кулон18(1736–1806).

Закон Кулона . Опыт Кулона доказал, что сила, с которой один точечный заряд Q 1действует на другой точечный заряд Q 2, прямо пропорциональна обоим электрическим зарядам и направлена по линии, соединяющей эти заряды. Кроме того, при изменении расстояния между зарядами Q 1и Q 2, сила взаимодействия изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния между ними:

F = k Q 1Q 2,

k = 14nɛ 0

где k = 9.0 · 109Н · м2/Кл2– коэффициент пропорциональности, связывающий физические величины разной размерности в (3.1.2), r – расстояние между зарядами Q 1и Q 2,ε 0 – диэлектрическая проницаемость вакуума.

17 Замкнутой системой в данном случае называют систему, в которой количество зарядов, пришедших извне, равно числу зарядов, покинувших систему.

18 Первым его экспериментально установил в 1771 г. Г. Кавен-

диш (1731–1810) – богатый английский лорд, для которого эксперименты представляли развлечение. Кулон, по-видимому, не зная об опытах Кавендиша, открыл закон самостоятельно.

Электрическое поле 19– это особый вид материи, посредством которого взаимодействуют электрические заряды. Любой неподвижный электрический заряд Q создает вокруг себя электростатическое поле, которое в каждой точке пространства характеризуется векторной физической величиной

– напряженностью электрического поля E . В вакууме напряженность электрического поля описывается в скалярной и векторной форме соответственно выражениями

E = F = k Q n , (3.1.3)

где n – единичный вектор, направленный вдоль линии, соединяющей заряды.

Напряженность электрического поля определяется как сила, действующая в данной точке пространства на единичный положительный заряд, отнесенная к величине данного заряда. Ее направление в каждой точке совпадает с направлением силы. В системе СИ единицей напряженности электрического поля является [В/м]:

1 Н / Кл = 1 Н · м / Кл · м = 1 Дж / Кл · м = 1 В / м.

Напряженность электрического поля, создаваемого точечным зарядом в веществе, определяется выражением

E = k

где диэлектрическая проницаемость среды ε описывается формулой

e = FF среды

Здесь F – сила Кулона, действующая на заряды в вакууме, Fсреды - сила взаимодействия между зарядами, действующая в среде. Для электрического поля, также как и при сложении сил Кулона, выполняется принцип суперпозиции. Он заключается в том, что суммарная напряженность электрического поля в данной точке, равна векторной сумме напряженностей электрических полей всех зарядов. Другими словами, для

19 Понятие электрического поля ввел английский ученый Майкл Фарадей (1791–1867).

сложения электрических полей в заданной точке пространства справедливо правило сложения векторов:

E результ= åE i . (3.1.6)

Электрическое поле принято обозначать с помощью силовых линий (рис. 3.1). Силовые линии – это воображаемые линии, позволяющие дать наглядную характеристику полю. Они направлены таким образом, что касательная к силовым линиям в каждой точке направлена вдоль вектора напряженности электрического поля в данной точке.

Рис. 3.1. Силовые линии электрического поля положительного заряда

Электрический диполь – важное понятие в физике. Атомы представляют собой положительно заряженное ядро и отрицательно заряженную электронную оболочку. Их заряды одинаковы, и поэтому атом нейтрален. Однако когда его помещают в электрическое поле, электронная оболочка атома смещается относительно его ядра. Центры положительного и отрицательного зарядов атома оказываются на некотором расстоянии друг от друга. В этом случае его удобно представлять как два точечных заряда, смещенных относительно друг друга.

Два равных по величине заряда противоположного знака,

+Q и –Q , расположенных на расстоянии l друг от друга, образуют электрический диполь (рис. 3.2). Величина Q × l называется дипольным моментом и обозначается символом М :

M = Q l , (3.1.7)

l – это радиус-вектор, направленный от отрицательного к положительному заряду.

Рис. 3.2. Электрическое поле диполя

Рассмотрим случай, когда диполь с моментом M помещен в однородное электрическое поле напряженностью E . На диполь в электрическом поле действует вращающий мо-

мент, зависящий от

электрического дипольного момента и

напряженности электрического поля (рис. 3.3). Так как поле

однородное, сумма сил, действующих на отрицательный заряды, равна нулю:

F ++ F –= +Q E – Q E = 0.

положительный и

Однако, поскольку эти силы имеют разные точки приложения, диполь «как бы» пытается развернуться так, чтобы вектор дипольного момента был параллелен вектору напряженности электрического поля.

Закон Ома
Законы Кирхгофа
Индуктивность
Радиоволновод
Резонатор
Электрическая ёмкость
Электрическая проводимость
Электрическое сопротивление
Электрический импеданс См. также: Портал:Физика

Электростатика - раздел учения об электричестве , изучающий взаимодействие неподвижных электрических зарядов .

Между одноимённо заряженными телами возникает электростатическое (или кулоновское) отталкивание, а между разноимённо заряженными - электростатическое притяжение. Явление отталкивания одноименных зарядов лежит в основе создания электроскопа - прибора для обнаружения электрических зарядов.

В основе электростатики лежит закон Кулона . Этот закон описывает взаимодействие точечных электрических зарядов .

История

Основание электростатики положили работы Кулона (хотя за десять лет до него такие же результаты, даже с ещё большей точностью, получил Кавендиш . Результаты работ Кавендиша хранились в семейном архиве и были опубликованы только спустя сто лет); найденный последним закон электрических взаимодействий дал возможность Грину, Гауссу и Пуассону создать изящную в математическом отношении теорию. Самую существенную часть электростатики составляет теория потенциала , созданная Грином и Гауссом. Очень много опытных исследований по электростатике было произведено Рисом книги которого составляли в прежнее время главное пособие при изучении этих явлений.

Диэлектрическая проницаемость

Нахождение величины диэлектрического коэффициента K какого-либо вещества, коэффициента, входящего почти во все формулы, с которыми приходится иметь дело в электростатике, может быть произведено весьма различными способами. Наиболее употребительные способы суть нижеследующие.

1) Сравнение электроёмкостей двух конденсаторов , имеющих одинаковые размеры и форму, но у которых у одного изолирующим слоем является слой воздуха, у другого - слой испытуемого диэлектрика .

2) Сравнение притяжений между поверхностями конденсатора, когда этим поверхностям сообщается определённая разность потенциалов, но в одном случае между ними находится воздух (сила притяжения = F 0), в другом случае - испытуемый жидкий изолятор (сила притяжения = F). Диэлектрический коэффициент находится по формуле:

3) Наблюдения электрических волн (см. Электрические колебания), распространяющихся вдоль проволок. По теория Максвелла скорость распространения электрических волн вдоль проволок выражается формулой

в которой K обозначает диэлектрический коэффициент среды, окружающей собой проволоку, μ обозначает магнитную проницаемость этой среды. Можно положить для огромного большинства тел μ = 1, а потому получается

Обыкновенно сравнивают длины стоячих электрических волн, возникающих в частях одной и той же проволоки, находящихся в воздухе и в испытуемом диэлектрике (жидком). Определив эти длины λ 0 и λ, получают K = λ 0 2 / λ 2. По теории Максвелла следует, что при возбуждении электрического поля в каком-либо изолирующем веществе внутри этого вещества возникают особые деформации. Вдоль трубок индукции изолирующая среда является поляризованной. В ней возникают электрические смещения, которые можно уподобить перемещениям положительного электричества по направлению осей этих трубок, причём через каждое поперечное сечение трубки проходит количество электричества, равное

Теория Максвелла даёт возможность найти выражения тех внутренних сил (сил натяжения и давления), которые являются в диэлектриках при возбуждении в них электрического поля. Этот вопрос был впервые рассмотрен самим Максвеллом, а позже и более обстоятельно Гельмгольцем . Дальнейшее развитие теории этого вопроса и тесно соединённой с этим теории электрострикции (то есть теории, рассматривающей явления, зависящие от возникновения особых напряжений в диэлектриках при возбуждении в них электрического поля) принадлежит работам Лорберга, Кирхгофа , П. Дюгема , Н. Н. Шиллера и некоторых др.

Граничные условия

Закончим краткое изложение наиболее существенного из отдела электрострикции рассмотрением вопроса о преломлении трубок индукции. Представим себе в электрическом поле два диэлектрика, отделяющихся друг от друга какой-нибудь поверхностью S, с диэлектрическими коэффициентами К 1 и К 2 .

Пусть в точках Р 1 и Р 2 , расположенных бесконечно близко к поверхности S по ту и по другую её сторону, величины потенциалов выражаются через V 1 и V 2 , а величины сил, испытываемых помещенной в этих точках единицей положительного электричества чрез F 1 и F 2 . Тогда для точки Р, лежащей на самой поверхности S, должно быть V 1 = V 2 ,

если ds представляет бесконечно малое перемещение по линии пересечения касательной плоскости к поверхности S в точке Р с плоскостью, проходящей через нормаль к поверхности в этой точке и через направление электрической силы в ней. С другой стороны, должно быть

Обозначим через ε 2 угол, составляемый силой F2 с нормалью n2 (внутрь второго диэлектрика), и через ε 1 угол, составляемый силой F 1 с той же нормалью n 2 Тогда, пользуясь формулами (31) и (30), найдем

Итак, на поверхности, отделяющей друг от друга два диэлектрика, электрическая сила претерпевает изменение в своём направлении подобно световому лучу, входящему из одной среды в другую. Это следствие теории оправдывается на опыте.

См. также

Электростатический разряд

Литература

Ландау, Л. Д. , Лифшиц, Е. М. Теория поля. - Издание 7-е, исправленное. - М .: Наука , 1988. - 512 с. - («Теоретическая физика» , том II). - ISBN 5-02-014420-7
Матвеев А. Н. Электричество и магнетизм. М.: Высшая школа, 1983.
Тоннела М.-А. Основы электромагнетизма и теории относительности. Пер. с фр. М.: Иностранная литература, 1962. 488 с.
Боргман, «Основания учения об электрических и магнитных явлениях» (т. I);
Maxwell, «Treatise on Electricity and Magnetism» (т. I);
Poincaré, «Electricité et Optique»";
Wiedemann, «Die Lehre von der Elektricität» (т. I);

Ссылки

Константин Богданов. Что может электростатика // Квант . - М .: Бюро Квантум, 2010. - № 2.

Книги которого составляли в прежнее время главное пособие при изучении этих явлений.

Диэлектрическая проницаемость

K = F 0 F . {\displaystyle K={\frac {F_{0}}{F}}.}

V = 1 K μ . {\displaystyle V={\frac {1}{\sqrt {K\mu }}}.}

V = 1 K . {\displaystyle V={\frac {1}{\sqrt {K}}}.}

D = 1 4 π K F . {\displaystyle D={\frac {1}{4\pi }}KF.}

Граничные условия

d V 1 d s = d V 2 d s , (30) {\displaystyle {\frac {dV_{1}}{ds}}={\frac {dV_{2}}{ds}},\qquad (30)}

K 1 d V 1 d n 1 + K 2 d V 2 d n 2 = 0. (31) {\displaystyle K_{1}{\frac {dV_{1}}{dn_{1}}}+K_{2}{\frac {dV_{2}}{dn_{2}}}=0.\qquad (31)}

t g ε 1 t g ε 2 = K 1 K 2 . {\displaystyle {\frac {\mathrm {tg} {\varepsilon _{1}}}{\mathrm {tg} {\varepsilon _{2}}}}={\frac {K_{1}}{K_{2}}}.}

Мощные привороты в домашних условиях, чтобы приворожить любимого парня Как навсегда приворожить любимого мужчину без последствия

Заработок в интернете на кулинарных рецептах блюд

Баклажаны с фаршем — самые вкусные блюда, приготовленные по интересным рецептам Баклажаны кружочками с фаршем жареные

Луи Пастер биография, изобретения - scireg — LiveJournal