Файл: 753.pdf

стержень слегка отклоняется, нить закручивается, и угол закручивания нити пропорционален действующей между зарядами силе. В те времена еще не было приборов для точного определения величины заряда, но Кулон сумел определить соотношение зарядов. Заряженный проводящий шарик приводился в соприкосновение с точно таким же незаряженным шариком. При этом имевшийся на первом шарике заряд распределялся поровну между двумя шариками. Это дало возможность получать заряды, составлявшие 1/2, 1/4 и т.д. от первоначального. Кулон показал, что

сила, с которой одно малое заряженное тело действует на другое малое заряженное тело, прямо пропорциональна произведению электрических зарядов каждого из них и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Под ма-

лыми заряженными телами подразумевают точечные заряды, то есть такие заряженные тела, размерами которых по сравнению с расстоянием между ними можно пренебречь. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются, и сила направлена вдоль прямой, соединяющей эти заряды (рис.1.6):

Рис. 1.6. Направления сил взаимодействия зарядов

Заметим, что в соответствии с третьим законом Ньютона сила, с которой один заряд действует на другой, равна по величине и противоположна по направлению силе, с которой второй заряд действует на первый.

В современной записи закон Кулона выглядит следующим образом:

Справедливость закона подтверждена тщательными экспериментами, гораздо более точными, чем первоначальные трудно воспроизводимые опыты Кулона. Показатель степени 2 (r2) установлен в настоящее время с точностью 10-16, то есть он равен 2±2 10-16. Коэффициент k в формуле (1.1) зависит от выбора системы единиц. Можно подобрать такую единицу измерения электрического заряда, чтобы k равнялся единице. Такая единица заряда называется абсолютной электростатической единицей заряда и обозначается 1 СГСЭq. Теперь, однако, заряд чаще всего вы-

11

ражают в системе СИ, где его единицей является кулон (Кл). Она выражается через основную единицу СИ - ампер (А): 1 Кл = 1А с.

В системе СИ k имеет величину:

k = 8,988 109 Н м2/Кл2 ≈ 9,0 109 Н м2/Кл2.

Абсолютная электростатическая единица заряда и кулон связаны соотношением: 1 Кл = 3 109 СГСЭq

Для упрощения многих других формул электричества коэф-

Кл2/Н м2 – электрическая постоянная (или абсолютная диэлектрическая проницаемость).

Важно понимать, что формула (1.1) определяет силу, действующую на данный заряд со стороны единственного заряда. Если система включает несколько (или много) заряженных тел, то результирующая сила, действующая на данный заряд, будет равнодействующей (векторной суммой) сил, действующих со стороны остальныхзарядов.

Вопросы

1.Каким образом Кулону в своих опытах удалось оценивать величину взаимодействующих зарядов?

2.С помощью какого устройства Кулон измерял силу взаимодействия зарядов? Опишите принцип действия этого устройства.

3.Математическая запись закона Кулона очень напоминает закон всемирного тяготения Ньютона. В чем различие этих законов? Сравните гравитационную массу и электрический заряд.

4.С какой целью коэффициент в формуле (1.1) записывают в более сложном виде?

5.Обычно мы не замечаем электрического или гравитационного взаимодействия между телами. Приведите примеры, когда такие взаимодействия наблюдаются. Объясните, в чем причина в каждом из этих случаев.

1.4. Электрическое поле. Напряженность электрического поля

Электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый из них создает в окружающем пространстве электрическое поле. Электрическое поле - вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие электрических за-

12

рядов. Если электрические заряды неподвижны, то поле является электростатическим. Поле, создаваемое одним или несколькими зарядами, можно исследовать с помощью небольшого положительного пробного заряда, измеряя действующую на него силу. Под пробным зарядом понимается достаточно малый по величине точечный заряд, собственное поле которого не меняет существенно распределения остальных зарядов, создающих исследуемое поле.

Напряженность поля - физическая величина, равная отношению силы, с которой поле действует на точечный положительный пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда:

Единица измерения напряженности в СИ - Н/Кл или В/м (вольт на метр).

Напряженность электрического поля Е определяется через отношение F/q, чтобы исключить зависимость поля от величины пробного заряда q. Иначе говоря, поле Е учитывает только те заряды, которые создают рассматриваемое в данной точке электрическое поле. Поскольку Е- векторная величина, электрическое поле является векторным noлeм.

Напряженность электростатического поля точечного заряда можно определить, если воспользоваться законом Кулона:

определить, а q -пробный заряд. Подставив это выражение в (3.2), получим:

Для изображения поля используют линии напряженности (силовые линии), касательные к которым в каждой точке дают направление вектора напряженности. На рис.1.7 показаны силовые линии уединенных точечных зарядов. Силовые линии «выходят» из положительного заряда и «входят» в отрицательный заряд (это означает, что пробный положительный заряд будет притягиваться к отрицательному, создающему поле). Густота силовых линий больше вблизи зарядов, то есть там, где больше напряженность поля.

13