Σελίδα 56
Ο ΝΟΜΟΣ ΤΟΥ ΚΟΥΛΟΥ
Βασικός νόμος της ηλεκτροστατικής. Η έννοια ενός σημειακώς φορτισμένου σώματος.
Μέτρηση της δύναμης αλληλεπίδρασης φορτίων με χρήση ζυγών στρέψης. Τα πειράματα του Coulomb
Ορισμός σημείου χρέωσης
ο νόμος του Κουλόμπ. Σκεύασμα και φόρμουλα
Κρεμαστό Δύναμη
Ορισμός μονάδας χρέωσης
Συντελεστής στο νόμο του Coulomb
Σύγκριση ηλεκτροστατικών και βαρυτικών δυνάμεων σε ένα άτομο
Ισορροπία στατικών φορτίων και η φυσική της σημασία (στο παράδειγμα τριών φορτίων)
Ο βασικός νόμος της ηλεκτροστατικής είναι ο νόμος της αλληλεπίδρασης δύο ακίνητων σημειακών σωμάτων.
Κατασκευάστηκε από τον Charles Augustin Coulomb το 1785 και φέρει το όνομά του.
Στη φύση, σημειακά φορτισμένα σώματα δεν υπάρχουν, αλλά αν η απόσταση μεταξύ των σωμάτων είναι πολλές φορές μεγαλύτερη από το μέγεθός τους, τότε ούτε το σχήμα ούτε το μέγεθος των φορτισμένων σωμάτων επηρεάζουν σημαντικά τις μεταξύ τους αλληλεπιδράσεις. Στην παρούσα περίπτωση, αυτοί οι φορείς μπορούν να θεωρηθούν ως σημειακοί φορείς.
Η ισχύς της αλληλεπίδρασης των φορτισμένων σωμάτων εξαρτάται από τις ιδιότητες του μέσου μεταξύ τους. Η εμπειρία δείχνει ότι ο αέρας έχει πολύ μικρή επίδραση στη δύναμη αυτής της αλληλεπίδρασης, και αποδεικνύεται ότι είναι σχεδόν η ίδια όπως στο κενό.
Εμπειρία Coulomb
Τα πρώτα αποτελέσματα για τη μέτρηση της δύναμης αλληλεπίδρασης φορτίων ελήφθησαν το 1785 από τον Γάλλο επιστήμονα Charles Augustin Coulomb.
Για τη μέτρηση της δύναμης χρησιμοποιήθηκε ζυγός στρέψης.
Μια μικρή, λεπτή, αφόρτιστη χρυσή σφαίρα στο ένα άκρο μιας μονωτικής δοκού αναρτημένης σε ένα ελαστικό ασημένιο νήμα ισορροπούσε στο άλλο άκρο της δοκού με έναν χάρτινο δίσκο.
Γυρνώντας το rocker ερχόταν σε επαφή με την ίδια ακίνητη φορτισμένη σφαίρα, με αποτέλεσμα το φορτίο του να μοιράζεται εξίσου μεταξύ των σφαιρών.
Η διάμετρος των σφαιρών επιλέχθηκε να είναι πολύ μικρότερη από την απόσταση μεταξύ τους προκειμένου να εξαλειφθεί η επίδραση του μεγέθους και του σχήματος των φορτισμένων σωμάτων στα αποτελέσματα της μέτρησης.
Σημειακό φορτίο είναι ένα φορτισμένο σώμα του οποίου το μέγεθος είναι πολύ μικρότερο από την απόσταση της πιθανής δράσης του σε άλλα σώματα.
Οι σφαίρες που είχαν τα ίδια φορτία άρχισαν να απωθούνται η μία την άλλη, στρίβοντας το νήμα. Η γωνία περιστροφής ήταν ανάλογη με τη δύναμη που ασκούσε η κινούμενη σφαίρα.
Η απόσταση μεταξύ των σφαιρών μετρήθηκε χρησιμοποιώντας ειδική κλίμακα βαθμονόμησης.
Εκφορτίζοντας τη σφαίρα 1 μετά τη μέτρηση της δύναμης και τη σύνδεσή της ξανά με τη στατική σφαίρα, ο Κουλόμπ μείωσε το φορτίο στις αλληλεπιδρώντες σφαίρες κατά 2,4,8 κ.λπ. μια φορά,
Ο νόμος του Κουλόμπ:
Η δύναμη αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο ακίνητων σημειακών φορτίων στο κενό είναι ευθέως ανάλογη με το γινόμενο των μονάδων φορτίου και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους και κατευθύνεται κατά μήκος της ευθείας γραμμής που συνδέει τα φορτία.
k είναι ο συντελεστής αναλογικότητας, ανάλογα με την επιλογή του συστήματος των μονάδων.
Η δύναμη F12 ονομάζεται δύναμη Coulomb
Η δύναμη Coulomb είναι κεντρική, δηλ. κατευθύνεται κατά μήκος της γραμμής που συνδέει τα κέντρα φόρτισης.
Στο SI, η μονάδα φόρτισης δεν είναι η βασική, αλλά η παράγωγος, και ορίζεται χρησιμοποιώντας το Ampere, τη βασική μονάδα SI.
Κρεμαστό - ένα ηλεκτρικό φορτίο που διέρχεται από τη διατομή του αγωγού με ένταση ρεύματος 1 A σε 1 s
Στο SI, ο συντελεστής αναλογικότητας στο νόμο του Coulomb για το κενό είναι:
k = 9*109 Nm2/Cl2
Ο συντελεστής συχνά γράφεται ως:
e0 \u003d 8,85 * 10-12 C2 / (Nm2) - ηλεκτρική σταθερά
Ο νόμος του Coulomb είναι γραμμένος με τη μορφή:
Εάν ένα σημειακό φορτίο τοποθετηθεί σε ένα μέσο με σχετική διαπερατότητα e εκτός του κενού, η δύναμη Coulomb θα μειωθεί κατά ένα συντελεστή e.
Για οποιοδήποτε μέσο εκτός από το κενό e > 1
Σύμφωνα με το νόμο του Coulomb, δύο σημειακά φορτία 1 C το καθένα, σε απόσταση 1 m στο κενό, αλληλεπιδρούν με μια δύναμη
Από αυτή την εκτίμηση, μπορεί να φανεί ότι μια χρέωση 1 Coulomb είναι μια πολύ μεγάλη ποσότητα.
Στην πράξη, χρησιμοποιούν υποπολλαπλές μονάδες - μC (10-6), μC (10-3)
1 C περιέχει 6 * 1018 φορτία ηλεκτρονίων.
Χρησιμοποιώντας το παράδειγμα των δυνάμεων αλληλεπίδρασης μεταξύ ηλεκτρονίου και πρωτονίου σε έναν πυρήνα, μπορεί να φανεί ότι η ηλεκτροστατική δύναμη αλληλεπίδρασης μεταξύ των σωματιδίων είναι μεγαλύτερη από τη βαρυτική δύναμη κατά περίπου 39 τάξεις μεγέθους. Ωστόσο, οι ηλεκτροστατικές δυνάμεις αλληλεπίδρασης των μακροσκοπικών σωμάτων (γενικά ηλεκτρικά ουδέτερα) καθορίζονται μόνο από πολύ μικρά πλεονάζοντα φορτία που βρίσκονται πάνω τους και επομένως δεν είναι μεγάλες σε σύγκριση με τις δυνάμεις βαρύτητας που εξαρτώνται από τη μάζα των σωμάτων.
Είναι δυνατή η εξισορρόπηση στατικών φορτίων;
Θεωρήστε ένα σύστημα δύο θετικών σημειακών φορτίων q1 και q2.
Ας βρούμε σε ποιο σημείο θα πρέπει να τοποθετηθεί το τρίτο φορτίο έτσι ώστε να βρίσκεται σε ισορροπία και ας προσδιορίσουμε επίσης το μέγεθος και το πρόσημο αυτού του φορτίου.
Η στατική ισορροπία συμβαίνει όταν το γεωμετρικό (διανυσματικό) άθροισμα των δυνάμεων που ασκούνται στο σώμα είναι μηδέν.
Το σημείο στο οποίο οι δυνάμεις που δρουν στο τρίτο φορτίο q3 μπορούν να ακυρωθούν η μία την άλλη βρίσκεται στη γραμμή μεταξύ των φορτίων.
Σε αυτή την περίπτωση, το φορτίο q3 μπορεί να είναι θετικό και αρνητικό. Στην πρώτη περίπτωση αντισταθμίζονται οι απωστικές δυνάμεις, στη δεύτερη οι ελκτικές δυνάμεις.
Λαμβάνοντας υπόψη το νόμο του Coulomb, η στατική ισορροπία των φορτίων θα είναι στην περίπτωση:
Η ισορροπία του φορτίου q3 δεν εξαρτάται από την τιμή του ή από το πρόσημο του φορτίου.
Όταν το φορτίο q3 αλλάζει, τόσο οι ελκτικές δυνάμεις (q3 θετικές) όσο και οι δυνάμεις απώθησης (q3 αρνητικές) αλλάζουν εξίσου
Επιλύοντας την τετραγωνική εξίσωση για το x, μπορεί να φανεί ότι ένα φορτίο οποιουδήποτε σημείου και μεγέθους θα βρίσκεται σε ισορροπία σε ένα σημείο σε απόσταση x1 από το φορτίο q1:
Ας μάθουμε αν η θέση της τρίτης φόρτισης θα είναι σταθερή ή ασταθής.
(Σε σταθερή ισορροπία, το σώμα, που βγαίνει από τη θέση ισορροπίας, επιστρέφει σε αυτό, σε ασταθή ισορροπία, απομακρύνεται από αυτό)
Με οριζόντια μετατόπιση, οι απωστικές δυνάμεις F31, F32 αλλάζουν λόγω αλλαγής των αποστάσεων μεταξύ των φορτίων, επιστρέφοντας το φορτίο στη θέση ισορροπίας.
Με οριζόντια μετατόπιση, η ισορροπία φορτίου q3 είναι σταθερή.
Με την κατακόρυφη μετατόπιση, το προκύπτον F31, F32 ωθεί προς τα έξω το q3
Πήγαινε στην σελίδα:
Οι χρεώσεις και το ηλεκτρικό ρεύμα είναι όροι που είναι υποχρεωτικοί για τις περιπτώσεις εκείνες που παρατηρείται η αλληλεπίδραση φορτισμένων σωμάτων. Οι δυνάμεις της απώθησης και της έλξης φαίνεται να εκπορεύονται από φορτισμένα σώματα και να εξαπλώνονται ταυτόχρονα προς όλες τις κατευθύνσεις, σταδιακά εξαφανίζονται σε απόσταση. Αυτή η δύναμη ανακαλύφθηκε κάποτε από τον διάσημο Γάλλο φυσιοδίφη Charles Coulomb, και ο κανόνας που υπακούουν τα φορτισμένα σώματα ονομάστηκε νόμος του Coulomb.
Μενταγιόν Charles
Ο Γάλλος επιστήμονας γεννήθηκε στη Γαλλία, όπου έλαβε εξαιρετική εκπαίδευση. Εφάρμοσε ενεργά τις αποκτηθείσες γνώσεις στις επιστήμες της μηχανικής και συνέβαλε σημαντικά στη θεωρία των μηχανισμών. Ο Coulomb είναι συγγραφέας έργων που μελέτησαν τη λειτουργία των ανεμόμυλων, τα στατιστικά στοιχεία διαφόρων κατασκευών, το στρίψιμο των νημάτων υπό την επίδραση εξωτερικών δυνάμεων. Ένα από αυτά τα έργα βοήθησε στην ανακάλυψη του νόμου Coulomb-Amonton, ο οποίος εξηγεί τις διαδικασίες τριβής.
Αλλά ο Charles Coulomb συνέβαλε κυρίως στη μελέτη του στατικού ηλεκτρισμού. Τα πειράματα που έκανε αυτός ο Γάλλος επιστήμονας τον οδήγησαν να κατανοήσει έναν από τους πιο θεμελιώδεις νόμους της φυσικής. Σε αυτόν οφείλουμε τη γνώση μας για τη φύση της αλληλεπίδρασης των φορτισμένων σωμάτων.
Ιστορικό
Οι δυνάμεις έλξης και απώθησης με τις οποίες δρουν τα ηλεκτρικά φορτία μεταξύ τους κατευθύνονται κατά μήκος της ευθείας γραμμής που συνδέει τα φορτισμένα σώματα. Καθώς η απόσταση αυξάνεται, αυτή η δύναμη εξασθενεί. Έναν αιώνα αφότου ο Ισαάκ Νεύτων ανακάλυψε τον παγκόσμιο νόμο της βαρύτητας του, ο Γάλλος επιστήμονας C. Coulomb ερεύνησε πειραματικά την αρχή της αλληλεπίδρασης μεταξύ φορτισμένων σωμάτων και απέδειξε ότι η φύση μιας τέτοιας δύναμης είναι παρόμοια με τις δυνάμεις της βαρύτητας. Επιπλέον, όπως αποδείχθηκε, τα σώματα που αλληλεπιδρούν σε ένα ηλεκτρικό πεδίο συμπεριφέρονται με τον ίδιο τρόπο όπως όλα τα σώματα με μάζα σε ένα βαρυτικό πεδίο.
Συσκευή Coulomb
Το σχήμα της συσκευής με την οποία ο Charles Coulomb έκανε τις μετρήσεις του φαίνεται στο σχήμα:
Όπως μπορείτε να δείτε, στην ουσία αυτό το σχέδιο δεν διαφέρει από τη συσκευή που χρησιμοποιούσε κάποτε ο Cavendish για να μετρήσει την τιμή της σταθεράς βαρύτητας. Μια μονωτική ράβδος αναρτημένη σε ένα λεπτό νήμα καταλήγει με μια μεταλλική σφαίρα, στην οποία δίνεται ένα ορισμένο ηλεκτρικό φορτίο. Μια άλλη μεταλλική σφαίρα προσεγγίζεται στη σφαίρα και στη συνέχεια, καθώς πλησιάζει, η δύναμη αλληλεπίδρασης μετριέται με το βαθμό συστροφής του νήματος.
Πείραμα Coulomb
Ο Coulomb πρότεινε ότι ο τότε γνωστός νόμος του Hooke μπορεί να εφαρμοστεί στη δύναμη με την οποία στρίβεται το νήμα. Ο επιστήμονας συνέκρινε την αλλαγή της δύναμης σε διαφορετικές αποστάσεις μιας μπάλας από την άλλη και διαπίστωσε ότι η δύναμη αλληλεπίδρασης αλλάζει την τιμή της αντίστροφα με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ των σφαιρών. Το μενταγιόν κατάφερε να αλλάξει τις τιμές της φορτισμένης μπάλας από q σε q/2, q/4, q/8 και ούτω καθεξής. Με κάθε αλλαγή στο φορτίο, η δύναμη αλληλεπίδρασης άλλαζε αναλογικά την τιμή της. Έτσι, σταδιακά, διατυπώθηκε ένας κανόνας, ο οποίος αργότερα ονομάστηκε «Νόμος του Κουλόμπ».
Ορισμός
Πειραματικά, ο Γάλλος επιστήμονας απέδειξε ότι οι δυνάμεις με τις οποίες αλληλεπιδρούν δύο φορτισμένα σώματα είναι ανάλογες με το γινόμενο των φορτίων τους και αντιστρόφως ανάλογες με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ των φορτίων. Αυτή η δήλωση είναι ο νόμος του Coulomb. Σε μαθηματική μορφή, μπορεί να εκφραστεί ως εξής:
Σε αυτή την έκφραση:
- q είναι το ποσό της χρέωσης.
- d είναι η απόσταση μεταξύ φορτισμένων σωμάτων.
- k είναι η ηλεκτρική σταθερά.
Η τιμή της ηλεκτρικής σταθεράς εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την επιλογή της μονάδας μέτρησης. Στο σύγχρονο σύστημα, το μέγεθος του ηλεκτρικού φορτίου μετριέται σε coulomb, και η ηλεκτρική σταθερά, αντίστοιχα, σε newton × m 2 / coulomb 2.
Πρόσφατες μετρήσεις έδειξαν ότι αυτός ο συντελεστής θα πρέπει να λαμβάνει υπόψη τη διηλεκτρική σταθερά του μέσου στο οποίο διεξάγεται το πείραμα. Τώρα η τιμή εμφανίζεται ως ο λόγος k=k 1 /e, όπου k 1 είναι η ηλεκτρική σταθερά που είναι ήδη γνωστή σε εμάς και δεν είναι δείκτης της διαπερατότητας. Υπό συνθήκες κενού, αυτή η τιμή είναι ίση με τη μονάδα.
Συμπεράσματα από το νόμο του Coulomb
Ο επιστήμονας πειραματίστηκε με διαφορετικά φορτία, δοκιμάζοντας την αλληλεπίδραση μεταξύ σωμάτων με διαφορετικά φορτία. Φυσικά, δεν μπορούσε να μετρήσει το ηλεκτρικό φορτίο σε καμία μονάδα - δεν του έλειπαν ούτε γνώσεις ούτε κατάλληλα όργανα. Ο Τσαρλς Κουλόμπ μπόρεσε να διαχωρίσει το βλήμα αγγίζοντας τη φορτισμένη μπάλα αφόρτιστη. Έτσι έλαβε κλασματικές τιμές της αρχικής χρέωσης. Ορισμένα πειράματα έχουν δείξει ότι το ηλεκτρικό φορτίο διατηρείται, η ανταλλαγή πραγματοποιείται χωρίς αύξηση ή μείωση της ποσότητας φορτίου. Αυτή η θεμελιώδης αρχή αποτέλεσε τη βάση του νόμου της διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου. Προς το παρόν, έχει αποδειχθεί ότι αυτός ο νόμος παρατηρείται τόσο στον μικρόκοσμο των στοιχειωδών σωματιδίων όσο και στον μακρόκοσμο των άστρων και των γαλαξιών.
Απαραίτητες προϋποθέσεις για την εκπλήρωση του νόμου του Coulomb
Για να εκπληρωθεί ο νόμος με μεγαλύτερη ακρίβεια, πρέπει να πληρούνται οι ακόλουθες προϋποθέσεις:
- Οι χρεώσεις πρέπει να είναι σημειακές. Με άλλα λόγια, η απόσταση μεταξύ των παρατηρούμενων φορτισμένων σωμάτων πρέπει να είναι πολύ μεγαλύτερη από τα μεγέθη τους. Εάν τα φορτισμένα σώματα είναι σφαιρικά, τότε μπορούμε να υποθέσουμε ότι όλο το φορτίο βρίσκεται σε ένα σημείο που είναι το κέντρο της σφαίρας.
- Τα προς μέτρηση σώματα πρέπει να είναι ακίνητα. Διαφορετικά, το κινούμενο φορτίο θα επηρεαστεί από πολλούς παράγοντες τρίτων, για παράδειγμα, τη δύναμη Lorentz, η οποία δίνει στο φορτισμένο σώμα πρόσθετη επιτάχυνση. Καθώς και το μαγνητικό πεδίο ενός κινούμενου φορτισμένου σώματος.
- Τα παρατηρούμενα σώματα πρέπει να βρίσκονται σε κενό για να αποφευχθεί η επίδραση των ροών μάζας αέρα στα αποτελέσματα των παρατηρήσεων.
Ο νόμος του Κουλόμπ και η κβαντική ηλεκτροδυναμική
Από την άποψη της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής, η αλληλεπίδραση φορτισμένων σωμάτων λαμβάνει χώρα μέσω της ανταλλαγής εικονικών φωτονίων. Η ύπαρξη τέτοιων μη παρατηρήσιμων σωματιδίων και μηδενικής μάζας αλλά όχι μηδενικού φορτίου υποστηρίζεται έμμεσα από την αρχή της αβεβαιότητας. Σύμφωνα με αυτή την αρχή, ένα εικονικό φωτόνιο μπορεί να υπάρχει μεταξύ των ροπών εκπομπής ενός τέτοιου σωματιδίου και της απορρόφησής του. Όσο μικρότερη είναι η απόσταση μεταξύ των σωμάτων, τόσο λιγότερο χρόνο αφιερώνει το φωτόνιο στο πέρασμα του μονοπατιού, επομένως, τόσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια των φωτονίων που εκπέμπονται. Σε μια μικρή απόσταση μεταξύ των παρατηρούμενων φορτίων, η αρχή της αβεβαιότητας επιτρέπει την ανταλλαγή σωματιδίων τόσο βραχέων όσο και μεγάλων κυμάτων και σε μεγάλες αποστάσεις, τα φωτόνια βραχέων κυμάτων δεν συμμετέχουν στην ανταλλαγή.
Υπάρχουν όρια στην εφαρμογή του νόμου του Coulomb
Ο νόμος του Coulomb εξηγεί πλήρως τη συμπεριφορά δύο σημειακών φορτίων στο κενό. Όταν όμως πρόκειται για πραγματικά σώματα, θα πρέπει να ληφθούν υπόψη οι ογκομετρικές διαστάσεις των φορτισμένων σωμάτων και τα χαρακτηριστικά του μέσου στο οποίο γίνεται η παρατήρηση. Για παράδειγμα, ορισμένοι ερευνητές παρατήρησαν ότι ένα σώμα που φέρει ένα μικρό φορτίο και φέρεται αναγκαστικά στο ηλεκτρικό πεδίο ενός άλλου αντικειμένου με μεγάλο φορτίο αρχίζει να έλκεται από αυτό το φορτίο. Σε αυτή την περίπτωση, η δήλωση ότι παρόμοια φορτισμένα σώματα απωθούνται μεταξύ τους αποτυγχάνει και θα πρέπει να αναζητηθεί μια άλλη εξήγηση για το παρατηρούμενο φαινόμενο. Πιθανότατα, δεν μιλάμε για παραβίαση του νόμου του Coulomb ή της αρχής της διατήρησης του ηλεκτρικού φορτίου - είναι πιθανό να παρατηρούμε φαινόμενα που δεν έχουν μελετηθεί πλήρως μέχρι το τέλος, τα οποία η επιστήμη θα μπορέσει να εξηγήσει λίγο αργότερα .
Σε αυτό το μάθημα, το θέμα του οποίου είναι ο «Νόμος του Κουλόμπ», θα μιλήσουμε για τον ίδιο τον νόμο του Κουλόμπ, για το τι είναι τα σημειακά φορτία και για να εμπεδώσουμε το υλικό θα λύσουμε αρκετά προβλήματα σχετικά με αυτό το θέμα.
Θέμα μαθήματος: «Ο νόμος του Κουλόμπ». Ο νόμος του Coulomb περιγράφει ποσοτικά την αλληλεπίδραση φορτίων σταθερού σημείου - δηλαδή φορτίων που βρίσκονται σε στατική θέση μεταξύ τους. Αυτή η αλληλεπίδραση ονομάζεται ηλεκτροστατική ή ηλεκτρική και αποτελεί μέρος της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης.
Ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση
Φυσικά, εάν τα φορτία είναι σε κίνηση, αλληλεπιδρούν επίσης. Αυτή η αλληλεπίδραση ονομάζεται μαγνητική και περιγράφεται στην ενότητα της φυσικής που ονομάζεται «Μαγνητισμός».
Πρέπει να γίνει κατανοητό ότι η «ηλεκτροστατική» και ο «μαγνητισμός» είναι φυσικά μοντέλα και μαζί περιγράφουν την αλληλεπίδραση τόσο των κινούμενων όσο και των ακίνητων φορτίων μεταξύ τους. Και όλα μαζί ονομάζεται ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση.
Η ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση είναι μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις που υπάρχουν στη φύση.
Ηλεκτρικό φορτίο
Τι είναι το ηλεκτρικό φορτίο; Οι ορισμοί στα σχολικά βιβλία και στο Διαδίκτυο μας λένε ότι το φορτίο είναι ένα βαθμωτό μέγεθος που χαρακτηρίζει την ένταση της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης των σωμάτων. Δηλαδή, η ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση είναι η αλληλεπίδραση φορτίων και το φορτίο είναι μια ποσότητα που χαρακτηρίζει την ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση. Ακούγεται μπερδεμένο - οι δύο έννοιες ορίζονται η μία μέσα από την άλλη. Ας το καταλάβουμε!
Η ύπαρξη ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης είναι ένα φυσικό γεγονός, κάτι σαν αξίωμα στα μαθηματικά. Οι άνθρωποι το παρατήρησαν και έμαθαν να το περιγράφουν. Για να γίνει αυτό, εισήγαγαν βολικές ποσότητες που χαρακτηρίζουν αυτό το φαινόμενο (συμπεριλαμβανομένου του ηλεκτρικού φορτίου) και κατασκεύασαν μαθηματικά μοντέλα (τύπους, νόμους κ.λπ.) που περιγράφουν αυτή την αλληλεπίδραση.
Νόμος του Κουλόμπ
Ο νόμος του Coulomb μοιάζει με αυτό:
Η δύναμη αλληλεπίδρασης δύο ηλεκτρικών φορτίων σταθερού σημείου στο κενό είναι ευθέως ανάλογη με το γινόμενο των μονάδων τους και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους. Κατευθύνεται κατά μήκος της ευθείας γραμμής που συνδέει τα φορτία και είναι ελκτική δύναμη εάν τα φορτία είναι αντίθετα και απωθητική δύναμη εάν τα φορτία έχουν το ίδιο όνομα.
Συντελεστής κστο νόμο του Coulomb είναι αριθμητικά ίσο με:
Αναλογία με τη βαρυτική αλληλεπίδραση
Ο νόμος της παγκόσμιας βαρύτητας λέει: όλα τα σώματα με μάζα έλκονται μεταξύ τους. Αυτή η αλληλεπίδραση ονομάζεται βαρυτική. Για παράδειγμα, η δύναμη της βαρύτητας με την οποία έλκουμε τη Γη είναι μια ειδική περίπτωση ακριβώς της βαρυτικής αλληλεπίδρασης. Άλλωστε και εμείς και η Γη έχουμε μάζα. Η δύναμη της βαρυτικής αλληλεπίδρασης είναι ευθέως ανάλογη με το γινόμενο των μαζών των σωμάτων που αλληλεπιδρούν και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους.
Ο συντελεστής γ ονομάζεται σταθερά βαρύτητας.
Αριθμητικά ισούται με: 
.
Όπως μπορείτε να δείτε, η μορφή των εκφράσεων που περιγράφουν ποσοτικά τις βαρυτικές και ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις είναι πολύ παρόμοια.
Στους αριθμητές και των δύο παραστάσεων - το γινόμενο των μονάδων που χαρακτηρίζουν αυτόν τον τύπο αλληλεπίδρασης. Για βαρυτικά - αυτές είναι μάζες, για ηλεκτρομαγνητικά - φορτία. Στους παρονομαστές και των δύο εκφράσεων - το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ των αντικειμένων αλληλεπίδρασης.
Η αντίστροφη σχέση με το τετράγωνο της απόστασης βρίσκεται συχνά σε πολλούς φυσικούς νόμους. Αυτό μας επιτρέπει να μιλάμε για ένα γενικό μοτίβο που συσχετίζει το μέγεθος του αποτελέσματος με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ των αντικειμένων αλληλεπίδρασης.
Αυτή η αναλογικότητα ισχύει για βαρυτικές, ηλεκτρικές, μαγνητικές αλληλεπιδράσεις, την ισχύ του ήχου, του φωτός, της ακτινοβολίας κ.λπ.
Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι η επιφάνεια της σφαίρας διάδοσης του φαινομένου αυξάνεται ανάλογα με το τετράγωνο της ακτίνας (βλ. Εικ. 1).
Ρύζι. 1. Αύξηση της επιφάνειας των σφαιρών
Θα φαίνεται φυσικό αν θυμάστε ότι το εμβαδόν μιας σφαίρας είναι ανάλογο με το τετράγωνο της ακτίνας:
Φυσικά, αυτό σημαίνει ότι η δύναμη αλληλεπίδρασης δύο σταθερών σημειακών φορτίων του 1 C, που βρίσκονται σε απόσταση 1 m το ένα από το άλλο στο κενό, θα είναι ίση με 9·10 9 N (βλ. Εικ. 2).
Ρύζι. 2. Δύναμη αλληλεπίδρασης δύο σημειακών φορτίων σε 1 C
Φαίνεται ότι αυτή η δύναμη είναι τεράστια. Αλλά πρέπει να γίνει κατανοητό ότι η σειρά του σχετίζεται με ένα άλλο χαρακτηριστικό - την τιμή φόρτισης 1 C. Στην πράξη, τα φορτισμένα σώματα με τα οποία αλληλεπιδρούμε στην καθημερινή ζωή έχουν φορτίο της τάξης των μικρο- ή και νανοκουλόμ.
Συντελεστήςκαι ηλεκτρική σταθερά
Μερικές φορές, αντί για συντελεστή, χρησιμοποιείται μια άλλη σταθερά που χαρακτηρίζει την ηλεκτροστατική αλληλεπίδραση, η οποία ονομάζεται «ηλεκτρική σταθερά». Έχει οριστεί. Σχετίζεται με τον συντελεστή ως εξής:
Εκτελώντας απλούς μαθηματικούς μετασχηματισμούς, μπορείτε να τον εκφράσετε και να τον υπολογίσετε:
Και οι δύο σταθερές, φυσικά, υπάρχουν στους πίνακες των προβληματικών βιβλίων. Ο νόμος του Coulomb παίρνει τότε την ακόλουθη μορφή:
Ας δώσουμε προσοχή σε μερικά λεπτά σημεία.
Είναι σημαντικό να καταλάβουμε ότι μιλάμε για αλληλεπίδραση. Δηλαδή, αν πάρουμε δύο φορτία, τότε το καθένα από αυτά θα δράσει στο άλλο με δύναμη ίση σε συντελεστή. Αυτές οι δυνάμεις θα κατευθύνονται σε αντίθετες κατευθύνσεις κατά μήκος της ευθείας γραμμής που συνδέει τα σημειακά φορτία.
Τα φορτία θα αποκρούονται εάν έχουν το ίδιο πρόσημο (και τα δύο θετικά ή και τα δύο αρνητικά (βλ. Εικ. 3)) και προσελκύονται αν έχουν διαφορετικά πρόσημα (το ένα αρνητικό, το άλλο θετικό (βλ. Εικ. 4)).
Ρύζι. 3. Αλληλεπίδραση ομοειδών χρεώσεων
Ρύζι. 4. Αλληλεπίδραση διαφορετικών χρεώσεων
πόντος χρέωση
Ο όρος «σημειακό φορτίο» υπάρχει στη διατύπωση του νόμου του Coulomb. Τι σημαίνει αυτό? Σκεφτείτε τη μηχανική. Ερευνώντας, για παράδειγμα, την κίνηση ενός τρένου μεταξύ πόλεων, παραμελήσαμε τις διαστάσεις του. Εξάλλου, το μέγεθος του τρένου είναι εκατοντάδες ή χιλιάδες φορές μικρότερο από την απόσταση μεταξύ των πόλεων (βλ. Εικ. 5). Σε ένα τέτοιο πρόβλημα, σκεφτήκαμε το τρένο "υλικό σημείο" - ένα σώμα, τις διαστάσεις του οποίου, στο πλαίσιο της επίλυσης ενός συγκεκριμένου προβλήματος, μπορούμε να παραμελήσουμε.
Ρύζι. 5. Σε αυτή την περίπτωση, παραμελούμε τις διαστάσεις του τρένου
Ορίστε λοιπόν Οι σημειακές χρεώσεις είναι σημαντικά σημεία που έχουν χρέωση.Στην πράξη, χρησιμοποιώντας το νόμο του Coulomb, παραμελούμε το μέγεθος των φορτισμένων σωμάτων σε σύγκριση με τις μεταξύ τους αποστάσεις. Εάν οι διαστάσεις των φορτισμένων σωμάτων είναι συγκρίσιμες με την μεταξύ τους απόσταση, τότε λόγω της ανακατανομής του φορτίου μέσα στα σώματα, η ηλεκτροστατική αλληλεπίδραση θα είναι πιο περίπλοκη.
Στις κορυφές ενός κανονικού εξαγώνου με πλευρά, τα φορτία τοποθετούνται το ένα μετά το άλλο. Βρείτε τη δύναμη που ασκεί το φορτίο που βρίσκεται στο κέντρο του εξαγώνου (βλ. Εικ. 6).
Ρύζι. 6. Σχέδιο για την συνθήκη του προβλήματος 1
Ας σκεφτούμε: το φορτίο που βρίσκεται στο κέντρο του εξαγώνου θα αλληλεπιδράσει με καθένα από τα φορτία που βρίσκονται στις κορυφές του εξαγώνου. Ανάλογα με τα ζώδια, αυτή θα είναι η δύναμη της έλξης ή η δύναμη της απώθησης. Με τα φορτία 1, 2 και 3 να είναι θετικά, το φορτίο στο κέντρο θα βιώσει ηλεκτροστατική απώθηση (βλ. Εικόνα 7).
Ρύζι. 7. Ηλεκτροστατική απώθηση
Και με τα φορτία 4, 5 και 6 (αρνητικά), το φορτίο στο κέντρο θα έχει ηλεκτροστατική έλξη (βλ. Εικ. 8).
Ρύζι. 8. Ηλεκτροστατική έλξη
Η συνολική δύναμη που επενεργεί στο φορτίο που βρίσκεται στο κέντρο του εξαγώνου θα είναι το αποτέλεσμα των δυνάμεων ,,,, και, το μέτρο κάθε μιας από τις οποίες μπορεί να βρεθεί χρησιμοποιώντας το νόμο του Coulomb. Ας αρχίσουμε να λύνουμε το πρόβλημα.
Λύση
Η δύναμη αλληλεπίδρασης του φορτίου, που βρίσκεται στο κέντρο, με κάθε ένα από τα φορτία στις κορυφές εξαρτάται από τις μονάδες των ίδιων των φορτίων και την απόσταση μεταξύ τους. Η απόσταση από τις κορυφές έως το κέντρο ενός κανονικού εξαγώνου είναι ίδια, οι μονάδες των αλληλεπιδρώντων φορτίων στην περίπτωσή μας είναι επίσης ίσες (βλ. Εικ. 9).
Ρύζι. 9. Οι αποστάσεις από τις κορυφές προς το κέντρο σε ένα κανονικό εξάγωνο είναι ίσες
Αυτό σημαίνει ότι όλες οι δυνάμεις αλληλεπίδρασης του φορτίου στο κέντρο του εξαγώνου με τα φορτία στις κορυφές θα είναι ίσες σε απόλυτη τιμή. Χρησιμοποιώντας το νόμο του Coulomb, μπορούμε να βρούμε αυτήν την ενότητα:
Η απόσταση από το κέντρο έως την κορυφή σε ένα κανονικό εξάγωνο είναι ίση με το μήκος της πλευράς του κανονικού εξαγώνου, το οποίο γνωρίζουμε από την συνθήκη, επομένως:
Τώρα πρέπει να βρούμε το διανυσματικό άθροισμα - για αυτό επιλέγουμε ένα σύστημα συντεταγμένων: ο άξονας είναι κατά μήκος της δύναμης και ο άξονας είναι κάθετος (βλ. Εικ. 10).
Ρύζι. 10. Επιλογή αξόνων
Ας βρούμε τις συνολικές προβολές στους άξονες - απλώς υποδηλώνουμε τη μονάδα καθενός από αυτούς.
Δεδομένου ότι οι δυνάμεις και συν-κατευθύνονται με τον άξονα, αλλά είναι υπό γωνία ως προς τον άξονα (βλ. Εικ. 11).
Ας κάνουμε το ίδιο για τον άξονα:
Το σύμβολο "-" - επειδή οι δυνάμεις και κατευθύνονται προς την αντίθετη κατεύθυνση του άξονα. Δηλαδή, η προβολή της συνολικής δύναμης στον άξονα που επιλέξαμε θα είναι ίση με 0. Αποδεικνύεται ότι η συνολική δύναμη θα ενεργεί μόνο κατά μήκος του άξονα, μένει να αντικαταστήσουμε εδώ μόνο τις εκφράσεις για το μέτρο αλληλεπίδρασης δυνάμεις και και να πάρει την απάντηση. Η συνολική δύναμη θα είναι ίση με:
Το πρόβλημα λύθηκε.
Ένα άλλο λεπτό σημείο είναι το εξής: ο νόμος του Coulomb λέει ότι τα φορτία βρίσκονται στο κενό (βλ. Εικ. 12).
Ρύζι. 12. Αλληλεπίδραση φορτίων στο κενό
Αυτή είναι μια πολύ σημαντική σημείωση. Επειδή σε ένα μέσο εκτός από το κενό, η ισχύς της ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης θα εξασθενήσει (βλ. Εικ. 13).
Ρύζι. 13. Αλληλεπίδραση φορτίων σε μέσο διαφορετικό από το κενό
Για να ληφθεί υπόψη αυτός ο παράγοντας, εισήχθη μια ειδική τιμή στο ηλεκτροστατικό μοντέλο, η οποία επιτρέπει την πραγματοποίηση "διόρθωσης για το μέσο". Ονομάζεται διηλεκτρική σταθερά του μέσου. Συμβολίζεται, όπως η ηλεκτρική σταθερά, με το ελληνικό γράμμα «έψιλον», αλλά χωρίς δείκτη.
Η φυσική σημασία αυτής της ποσότητας είναι η εξής.
Η δύναμη της ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης δύο φορτίων σταθερού σημείου σε ένα μέσο διαφορετικό από το κενό θα είναι ε φορές μικρότερη από τη δύναμη αλληλεπίδρασης των ίδιων φορτίων στην ίδια απόσταση στο κενό.
Έτσι, σε ένα μέσο διαφορετικό από το κενό, η δύναμη της ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης δύο σημειακών σταθερών φορτίων θα είναι ίση με:
Οι τιμές της διαπερατότητας διαφόρων ουσιών έχουν βρεθεί και συγκεντρωθεί από καιρό σε ειδικούς πίνακες (βλ. Εικ. 14).
Ρύζι. 14. Διηλεκτρική σταθερά ορισμένων ουσιών
Μπορούμε ελεύθερα να χρησιμοποιήσουμε τις πινακικές τιμές της διαπερατότητας των ουσιών που χρειαζόμαστε για την επίλυση προβλημάτων.
Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε ότι κατά την επίλυση προβλημάτων, η δύναμη της ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης θεωρείται και περιγράφεται στις εξισώσεις της δυναμικής ως μια συνηθισμένη δύναμη. Ας λύσουμε το πρόβλημα.
Δύο όμοιες φορτισμένες μπάλες αιωρούνται σε ένα μέσο με διηλεκτρική σταθερά σε νήματα του ίδιου μήκους, στερεωμένα σε ένα σημείο. Προσδιορίστε τον συντελεστή φόρτισης των σφαιρών εάν τα νήματα βρίσκονται σε ορθή γωνία μεταξύ τους (βλ. Εικ. 15). Το μέγεθος των μπάλων είναι αμελητέο σε σχέση με την απόσταση μεταξύ τους. Οι μάζες των σφαιρών είναι ίσες.
Ρύζι. 15. Σχέδιο για την συνθήκη του προβλήματος 2
Ας σκεφτούμε: τρεις δυνάμεις θα δράσουν σε κάθε μία από τις μπάλες - η βαρύτητα. δύναμη ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης και δύναμη τάσης νήματος (βλ. Εικ. 16).
Ρύζι. 16. Δυνάμεις που δρουν σε μπάλες
Κατά συνθήκη, οι μπάλες είναι ίδιες, δηλαδή τα φορτία τους είναι ίσα τόσο σε μέγεθος όσο και σε πρόσημο, πράγμα που σημαίνει ότι η δύναμη ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης σε αυτή την περίπτωση θα είναι η απωστική δύναμη (στο Σχ. 16, οι δυνάμεις ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης κατευθύνονται σε διαφορετικές κατευθύνσεις). Εφόσον το σύστημα βρίσκεται σε ισορροπία, θα χρησιμοποιήσουμε τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα:
Εφόσον η συνθήκη λέει ότι οι μπάλες αιωρούνται σε ένα μέσο με διηλεκτρική σταθερά και το μέγεθος των σφαιρών είναι αμελητέο σε σύγκριση με την απόσταση μεταξύ τους, τότε, σύμφωνα με τον νόμο του Κουλόμπ, η δύναμη με την οποία θα απωθηθούν οι μπάλες θα είναι ίση προς την:
Λύση
Ας γράψουμε τον πρώτο νόμο του Νεύτωνα σε προβολές στους άξονες συντεταγμένων. Κατευθύνουμε τον άξονα οριζόντια και τον άξονα κάθετα (βλ. Εικ. 17).
ο νόμος του Κουλόμπείναι ένας νόμος που περιγράφει τις δυνάμεις αλληλεπίδρασης μεταξύ σημειακών ηλεκτρικών φορτίων.
Η μονάδα της δύναμης αλληλεπίδρασης δύο σημειακών φορτίων στο κενό είναι ευθέως ανάλογη με το γινόμενο των μονάδων αυτών των φορτίων και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους.
Διαφορετικά: Χρεώσεις δύο πόντων κενόενεργούν μεταξύ τους με δυνάμεις που είναι ανάλογες με το γινόμενο των μονάδων αυτών των φορτίων, αντιστρόφως ανάλογες με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους και κατευθύνονται κατά μήκος της ευθείας γραμμής που συνδέει αυτά τα φορτία. Αυτές οι δυνάμεις ονομάζονται ηλεκτροστατικές (Coulomb).
Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι για να είναι αληθής ο νόμος, είναι απαραίτητο:
σημειακά φορτία - δηλαδή η απόσταση μεταξύ φορτισμένων σωμάτων είναι πολύ μεγαλύτερη από το μέγεθός τους - ωστόσο, μπορεί να αποδειχθεί ότι η δύναμη αλληλεπίδρασης δύο ογκομετρικά κατανεμημένων φορτίων με σφαιρικά συμμετρικές μη τέμνουσες χωρικές κατανομές είναι ίση με τη δύναμη αλληλεπίδρασης του δύο ισοδύναμα σημειακά φορτία που βρίσκονται στα κέντρα σφαιρικής συμμετρίας.
την ακινησία τους. Διαφορετικά, ισχύουν πρόσθετα αποτελέσματα: ένα μαγνητικό πεδίοχρέωση μετακίνησης και το αντίστοιχο πρόσθετο Δύναμη Lorentzενεργώντας σε άλλο κινούμενο φορτίο.
αλληλεπίδραση σε κενό.
Ωστόσο, με ορισμένες προσαρμογές, ο νόμος ισχύει επίσης για αλληλεπιδράσεις φορτίων σε ένα μέσο και για κινούμενα φορτία.
Σε διανυσματική μορφή, στη διατύπωση του S. Coulomb, ο νόμος γράφεται ως εξής:
πού είναι η δύναμη με την οποία το φορτίο 1 δρα στο φορτίο 2; - το μέγεθος των τελών· - διάνυσμα ακτίνας (διάνυσμα που κατευθύνεται από το φορτίο 1 στο φορτίο 2, και ίσο, σε συντελεστή, με την απόσταση μεταξύ των φορτίων - )· - συντελεστής αναλογικότητας. Έτσι, ο νόμος υποδεικνύει ότι τα ομώνυμα φορτία απωθούν (και τα αντίθετα φορτία έλκονται).
ΣΤΟ SGSE μονάδατο φορτίο επιλέγεται με τέτοιο τρόπο ώστε ο συντελεστής κισούται με ένα.
ΣΤΟ Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI)μια από τις βασικές μονάδες είναι η μονάδα ισχύς ηλεκτρικού ρεύματος αμπέρ, και η μονάδα χρέωσης είναι κρεμαστό κόσμημαείναι το παράγωγό του. Το αμπέρ ορίζεται με τέτοιο τρόπο ώστε κ= c 2 10 −7 gn/ m \u003d 8,9875517873681764 10 9 H m 2 / Cl 2 (ή Ф −1 m). Σε συντελεστή SI κγράφεται ως:
όπου ≈ 8,854187817 10 −12 F/m - ηλεκτρική σταθερά.
Η έννοια της ηλεκτρικής ενέργειας. Εξηλεκτρισμός. Αγωγοί, ημιαγωγοί και διηλεκτρικά. Το στοιχειώδες φορτίο και οι ιδιότητές του. ο νόμος του Κουλόμπ. Ένταση ηλεκτρικού πεδίου. Η αρχή της υπέρθεσης. Το ηλεκτρικό πεδίο ως εκδήλωση αλληλεπίδρασης. Ηλεκτρικό πεδίο στοιχειώδους διπόλου.
Ο όρος ηλεκτρισμός προέρχεται από την ελληνική λέξη ηλεκτρόνιο (κεχριμπαρένιο).
Ο ηλεκτρισμός είναι η διαδικασία μετάδοσης ηλεκτρικής ενέργειας στο σώμα.
χρέωση. Ο όρος αυτός εισήχθη τον 16ο αιώνα από τον Άγγλο επιστήμονα και γιατρό Gilbert.
ΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ ΕΙΝΑΙ ΜΙΑ ΦΥΣΙΚΗ ΚΛΙΜΑΚΑ ΤΙΜΗ ΠΟΥ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΖΕΙ ΤΙΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΣΩΜΑΤΩΝ Ή ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ ΝΑ ΕΙΣΕΧΟΥΝ ΚΑΙ ΤΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΚΕΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΖΕΙ ΤΗ ΔΥΝΑΜΗ ΚΑΙ ΤΗΝ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΩΝ.
Ιδιότητες ηλεκτρικών φορτίων:
1. Στη φύση, υπάρχουν δύο είδη ηλεκτρικών φορτίων. Θετικό (εμφανίζεται σε γυαλί που τρίβεται με το δέρμα) και αρνητικό (εμφανίζεται σε εβονίτη που τρίβεται με γούνα).
2. Τα ομώνυμα φορτία απωθούν, σε αντίθεση με τα φορτία προσελκύουν.
3. Ηλεκτρικό φορτίο ΔΕΝ ΥΠΑΡΧΕΙ ΧΩΡΙΣ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ΦΟΡΕΙΣ ΦΟΡΤΙΟΥ (ηλεκτρόνιο, πρωτόνιο, ποζιτρόνιο κ.λπ.) Για παράδειγμα, το e / φορτίο δεν μπορεί να αφαιρεθεί από ένα ηλεκτρόνιο και άλλα στοιχειώδη φορτισμένα σωματίδια.
4. Το ηλεκτρικό φορτίο είναι διακριτό, δηλ. το φορτίο οποιουδήποτε σώματος είναι ακέραιο πολλαπλάσιο του στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο μι(ε = 1,6 10 -19 C). Ηλεκτρόνιο (δηλ.= 9,11 10 -31 kg) και πρωτόνιο (t p = 1,67 10 -27 κιλά) είναι αντίστοιχα φορείς στοιχειωδών αρνητικών και θετικών φορτίων.(Τα σωματίδια με κλασματικό ηλεκτρικό φορτίο είναι γνωστά: – 1/3 ε και 2/3 e - αυτό είναι κουάρκ και αντικουάρκ , αλλά δεν βρέθηκαν στην ελεύθερη κατάσταση).
5. Ηλεκτρικό φορτίο – μέγεθος σχετικιστικά αμετάβλητο , εκείνοι. δεν εξαρτάται από το πλαίσιο αναφοράς και επομένως δεν εξαρτάται από το αν αυτό το φορτίο κινείται ή βρίσκεται σε ηρεμία.
6. Από τη γενίκευση των πειραματικών δεδομένων, θεμελιώδης νόμος της φύσης - νόμος διατήρησης φορτίου: αλγεβρικό άθροισμα
ma ηλεκτρικά φορτία οποιουδήποτε κλειστού συστήματος(συστήματα που δεν ανταλλάσσουν χρεώσεις με εξωτερικούς φορείς) παραμένει αμετάβλητο, ανεξάρτητα από τις διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα σε αυτό το σύστημα.
Ο νόμος επιβεβαιώθηκε πειραματικά το 1843 από έναν Άγγλο φυσικό
M. Faraday ( 1791-1867) και άλλα, που επιβεβαιώνονται από τη γέννηση και τον αφανισμό σωματιδίων και αντισωματιδίων.
Η μονάδα ηλεκτρικού φορτίου (προκύπτουσα μονάδα, όπως προσδιορίζεται μέσω της μονάδας ισχύος ρεύματος) - κρεμαστό κόσμημα (C): 1 C - ηλεκτρικό φορτίο,
που διέρχεται από τη διατομή του αγωγού με ένταση ρεύματος 1 Α για χρόνο 1 s.
Όλα τα σώματα στη φύση είναι ικανά να ηλεκτριστούν. αποκτήσουν ηλεκτρικό φορτίο. Η ηλεκτροδότηση των σωμάτων μπορεί να πραγματοποιηθεί με διάφορους τρόπους: με επαφή (τριβή), ηλεκτροστατική επαγωγή
κ.λπ. Οποιαδήποτε διαδικασία φόρτισης περιορίζεται στον διαχωρισμό φορτίων, κατά τον οποίο μια περίσσεια θετικού φορτίου εμφανίζεται σε ένα από τα σώματα (ή σε μέρος του σώματος) και μια περίσσεια αρνητικού φορτίου εμφανίζεται στο άλλο (ή σε άλλο μέρος του σώματος). Ο συνολικός αριθμός των χρεώσεων και των δύο σημάτων που περιέχονται στα σώματα δεν αλλάζει: αυτές οι χρεώσεις ανακατανέμονται μόνο μεταξύ των σωμάτων.
Ο ηλεκτρισμός των σωμάτων είναι δυνατός επειδή τα σώματα αποτελούνται από φορτισμένα σωματίδια. Κατά τη διαδικασία ηλεκτρισμού των σωμάτων, τα ηλεκτρόνια και τα ιόντα που βρίσκονται σε ελεύθερη κατάσταση μπορούν να κινηθούν. Τα πρωτόνια παραμένουν στους πυρήνες.
Ανάλογα με τη συγκέντρωση των δωρεάν επιβαρύνσεων, τα σώματα χωρίζονται σε αγωγοί, διηλεκτρικά και ημιαγωγοί.
αγωγοί- σώματα στα οποία το ηλεκτρικό φορτίο μπορεί να αναμιχθεί σε όλο τον όγκο του. Οι αγωγοί χωρίζονται σε δύο ομάδες:
1) μαέστροι πρώτου είδους (μέταλλα) - μεταφορά σε
των φορτίων (ελεύθερα ηλεκτρόνια) δεν συνοδεύεται από χημικό
μεταμορφώσεις?
2) αγωγοί δευτέρου είδους (για παράδειγμα, λιωμένα άλατα,
εύρη οξέος) - η μεταφορά φορτίων σε αυτά (θετικά και αρνητικά
ιόντα) οδηγεί σε χημικές αλλαγές.
Διηλεκτρικά(για παράδειγμα, γυαλί, πλαστικά) - σώματα στα οποία πρακτικά δεν υπάρχουν δωρεάν χρεώσεις.
Ημιαγωγοί (π.χ. γερμάνιο, πυρίτιο) καταλαμβάνουν
ενδιάμεση θέση μεταξύ αγωγών και διηλεκτρικών. Αυτή η διαίρεση των σωμάτων είναι πολύ αυθαίρετη, αλλά η μεγάλη διαφορά στις συγκεντρώσεις των ελεύθερων φορτίων σε αυτά προκαλεί τεράστιες ποιοτικές διαφορές στη συμπεριφορά τους και ως εκ τούτου δικαιολογεί τη διαίρεση των σωμάτων σε αγωγούς, διηλεκτρικούς και ημιαγωγούς.
ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΗ- η επιστήμη των σταθερών χρεώσεων
ο νόμος του Κουλόμπ.
Νόμος της αλληλεπίδρασης σταθερό σημείο ηλεκτρικά φορτία
Τοποθετήθηκε πειραματικά το 1785 από τον Sh. Coulomb χρησιμοποιώντας ζυγούς στρέψης.
παρόμοια με αυτά που χρησιμοποίησε ο G. Cavendish για τον προσδιορισμό της σταθεράς βαρύτητας (αυτός ο νόμος είχε ανακαλυφθεί προηγουμένως από τον G. Cavendish, αλλά το έργο του παρέμεινε άγνωστο για περισσότερα από 100 χρόνια).
χρέωση πόντων,ονομάζεται φορτισμένο σώμα ή σωματίδιο, το μέγεθος του οποίου μπορεί να παραμεληθεί, σε σύγκριση με την απόσταση από αυτά.
Νόμος του Κουλόμπ: η δύναμη της αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο φορτίων σταθερού σημείου που βρίσκονται στο κενόανάλογη με τις χρεώσεις q 1και q2,και είναι αντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου της απόστασης r μεταξύ τους :
κ - συντελεστής αναλογικότητας ανάλογα με την επιλογή του συστήματος
στο SI 
αξία ε 0 που ονομάζεται ηλεκτρική σταθερά? αναφέρεται σε
αριθμός θεμελιώδεις φυσικές σταθερές και ισούται με:
ε 0 = 8,85 ∙10 -12 C 2 / N∙m 2
Σε διανυσματική μορφή, ο νόμος του Κουλόμπ στο κενό έχει τη μορφή:
όπου είναι το διάνυσμα ακτίνας που συνδέει το δεύτερο φορτίο με το πρώτο, F 12 είναι η δύναμη που ασκείται από το δεύτερο φορτίο στο πρώτο.
Η ακρίβεια της εφαρμογής του νόμου Coulomb σε μεγάλες αποστάσεις, έως
10 7 m, που δημιουργήθηκε κατά τη μελέτη του μαγνητικού πεδίου χρησιμοποιώντας δορυφόρους
στο διάστημα κοντά στη Γη. Η ακρίβεια εφαρμογής του σε μικρές αποστάσεις, μέχρι 10 -17 m, επαληθεύτηκε από πειράματα για την αλληλεπίδραση στοιχειωδών σωματιδίων.
Ο νόμος του Coulomb στο περιβάλλον
Σε όλα τα μέσα, η δύναμη της αλληλεπίδρασης Coulomb είναι μικρότερη από τη δύναμη της αλληλεπίδρασης στο κενό ή στον αέρα. Ένα φυσικό μέγεθος που δείχνει πόσες φορές η δύναμη της ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης στο κενό είναι μεγαλύτερη από ό,τι σε ένα δεδομένο μέσο, ονομάζεται διαπερατότητα του μέσου και συμβολίζεται με το γράμμα ε.
ε = F στο κενό / F στο μέσο
Ο νόμος του Coulomb σε γενική μορφή στο SI:
Ιδιότητες των δυνάμεων Coulomb.
1. Οι δυνάμεις Κουλόμπ είναι δυνάμεις κεντρικού τύπου, γιατί κατευθύνεται κατά μήκος μιας ευθείας γραμμής που συνδέει τα φορτία
Η δύναμη Coulomb είναι ελκτική δύναμη αν τα πρόσημα των φορτίων είναι διαφορετικά και απωστική δύναμη αν τα πρόσημα των φορτίων είναι ίδια.
3. Για τις δυνάμεις του Κουλόμπ, ισχύει ο 3ος νόμος του Νεύτωνα
4. Οι δυνάμεις Κουλόμπ υπακούουν στην αρχή της ανεξαρτησίας ή της υπέρθεσης, γιατί η δύναμη αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο σημειακών φορτίων δεν θα αλλάξει όταν εμφανίζονται άλλα φορτία κοντά. Η προκύπτουσα δύναμη της ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης που ενεργεί σε ένα δεδομένο φορτίο είναι ίση με το διανυσματικό άθροισμα των δυνάμεων αλληλεπίδρασης ενός δεδομένου φορτίου με κάθε φορτίο του συστήματος χωριστά.
F= F 12 + F 13 + F 14 + ∙∙∙ + F 1 N
Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των φορτίων πραγματοποιούνται μέσω ηλεκτρικού πεδίου. Ηλεκτρικό πεδίο είναι μια ειδική μορφή ύπαρξης ύλης, μέσω της οποίας πραγματοποιείται η αλληλεπίδραση ηλεκτρικών φορτίων. Το ηλεκτρικό πεδίο εκδηλώνεται από το γεγονός ότι δρα με δύναμη σε οποιοδήποτε άλλο φορτίο εισάγεται σε αυτό το πεδίο. Ένα ηλεκτροστατικό πεδίο δημιουργείται από ακίνητα ηλεκτρικά φορτία και διαδίδεται στο χώρο με πεπερασμένη ταχύτητα c.
Το χαρακτηριστικό ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου ονομάζεται δύναμη.
έντασηηλεκτρικό σε κάποιο σημείο ονομάζεται φυσικό μέγεθος ίσο με τον λόγο της δύναμης με την οποία το πεδίο δρα σε ένα θετικό δοκιμαστικό φορτίο που τοποθετείται σε ένα δεδομένο σημείο προς το μέτρο του φορτίου αυτού.
Η ένταση πεδίου ενός σημειακού φορτίου q:
Αρχή υπέρθεσης:η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργείται από το σύστημα φορτίων σε ένα δεδομένο σημείο του χώρου είναι ίση με το διανυσματικό άθροισμα των δυνάμεων των ηλεκτρικών πεδίων που δημιουργούνται σε αυτό το σημείο από κάθε φορτίο ξεχωριστά (ελλείψει άλλων φορτίων).
