§1. Електрическите заряди и електрическо поле. закона на Кулон.
електрическа сила на полето. Принципът на суперпозиция
Електрически заряд и електрическото поле е основната идея, че е невъзможно да се даде на строго определение чрез всякакви други по-прости понятия. Човек може да се опише само техните свойства.
От опит се знае, че електрически заряди са два вида, които обичайно се наричат положителен и отрицателен. Орган, който има обвинения в същия знак са отблъснати от друг и са привлечени от противоположно заредени тела. Зареждането на обект определя от общия заряд на елементарните частици, чийто предмет е член. Заредете макроскопска организма е възможно само чрез промяна на номера съдържащи се в него заредени елементарни частици. Електрически заряд е дискретен. Абсолютната стойност на заряд на заредената частица е същото и е равна на елементарен zaryadue = 1,6010 19 Cl. Начално зареждане е много малък, така че количеството на макроскопична такса обикновено можем да приемем, различна непрекъснато. Протоните имат положителен заряд, отрицателно - електрони. Електрически заряд не зависи от състоянието на движение на частицата, взаимодействието му с други обекти, и не се променя, когато се започне от един кадър в друг.
Резюмето на експерименталните данни е ustanovlenfundamentalny природен закон - закона за запазване на електрическия заряд. алгебричната сума на електрическите заряди на всяка izolirovannoysistemy спасени, без значение какви процеси може да се появи в рамките на тази система. В sistememogut форма или изчезват електрически заредени частици, но в същото време, или да изчезне, родени частици, обвиненията, които са противоположни по знак и с равни суми до нула.
В много проблеми на електродинамиката модел са повод електрически заряд. Точка електрически заряд-, което е заредено тяло, размерът и формата на които в rassmatrivaemoyzadachemozhno пренебрегвани. Например, когато се разглеждат електростатични взаимодействия между две заредени тела, те могат да се разглеждат като точкови заряди, ако размерът на тези органи е много по-малък от тях, по причини разстояние.
Законът на взаимодействие на точка електрически заряди фиксирани експериментално създаден през 1785 г. от френския физик В. Кулон. Затова електростатични сили често са наричани Кулон сили.
закона на Кулон е формулиран, както следва: якост на взаимодействието между две стационарни точка такси разположени във вакуум пропорционални на продукта от модулите на тези такси е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях и насочена по линията свързващата ги.
Въз основа на закона на сила взаимодействие модул F точка zaryadovq1 IQ2 Кулон. rasstoyaniir12 разположени една върху друга, се записва под формата на
където к -koeffitsientproportsionalnosti, в зависимост от избора на системата за единици.
F2 сила вектор. действащ от zaryadq2 от zaryadaq1. Тя може да се изписва така:
Съответно, F1 на сила. действащ от zaryadq1 от zaryadaq2. е
Тъй като R21 = r12. с формули (1.2) и (1.3) sleduetF1 = F2. т.е. Кулон сили се подчиняват на третия закон на Нютон.
В системата SI, фактор на пропорционалност к в закона на Кулон обикновено написана под формата:
Единица висулка заряд (Cl) в системата SI е получен. Тя се изразява по отношение на основната единица - ампери (А). Един висулка равна на заряда преминаващ през напречното сечение на проводника за една секунда при ток на един ампер (1 C 1 = A 1 и).
Заедно със системата SI по физика, особено в теоретичната физика, се използва CGS система (Gaussian система). Gaussian система от физическа гледна точка е много по-естествено от SI. В бъдеще ние ще бъдем в състояние да направи това повече от веднъж. Предимството на чисто SI инженерство, защото при изчисляване на цифровите резултати се получават веднага, познати на електрически единици - усилватели, волта, ома, и т.н.
В CGS единици са основни единици сантиметър, грам, секунда. единица заряд в тази система (обозначени SGSEq) е поставена така, че коефициентът на закона proportsionalnostik Кулон в (1.1) е равен на единство. Два точкови заряди, всеки от които е 1 SGSEq. на разстояние 1 см един от друг, да си взаимодействат със сила на един дина. Дина - е единица за сила в системата CGS. Тя е равна на силата, която телесната маса на 1 грам от споменатите ускоряване на 1 см / сек 2.
Електрически такси, създадени в околното пространство на електричното поле, който опосредства взаимодействието на обвиненията. Основната характеристика на електрическото поле във всяка точка в пространството е напрежението.
Електрическата polyaE е векторна величина, равна на silyF съотношението действа от електрически zaryadq, pomeschennyyv дадена точка на размера на тази такса
Използване на съотношението на напрежение (1.2) и (1.3) могат да бъдат написани като
където E (Q1) napryazhennost създаден zaryadomq1 на мястото, където на zaryadq2. Ae (Q2) napryazhennost създаден zaryadomq2 на мястото, където на zaryadq1.
Сравняване на формули (1.1-3) и (1.5), ние откриваме, изразите за интензитета на полетата, генерирани от р точка заряд в точка, разположена на разстояние R от таксата
единици SI (1.6)
в Gaussian система. (1.7)
Единицата за напрегнатост на полето volt на метър (V / m) SI. От (1.4) 1 / m = (N 1) / (1 С). Определяне Volt ще бъде дадено по-късно. Трябва да се каже, че логиката на имена и отношенията между звена в системата SI е много особена, така че може да се наложи да се използва нотация, изразени в единици, които все още не са въвели.
Напрегнатостта на електрическото поле е удобно представен графично чрез така наречените силови линии. ililiny напрежение. Те са криви посока допирателна към които във всеки един момент съвпада с посоката vektoraE в този момент. Линиите на електростатичен напрегнатостта на полето в началото и края на положителни заряди на отрицателна.
Електропроводи самотен точка такса са симетрично разпределени радиални линии, идващи от една точка, където се намира обвинението. Една мисъл доста линии и означаваме като общият им брой cherezN. Тъй като напрежението линия в пространството между таксите са непрекъснати, броят на линиите издадени навън от всяка затворена повърхност около заряд ravnoN.
Тогава плътността на линиите на разстояние R от таксата, т.е. броя линии, пресичащи радиуса на единица площ R сферична повърхност. ravnaN / (4r 2). Сравнявайки това с израза (1.6-7) за заряда на поле точка, може да се види, че плътността на линиите и абсолютната стойност на напрежението са пропорционални на всеки друг.
Напрежението равномерно поле (произведени, например разширен равномерно зарежда плоча) във всички точки същата големина и посока, така че неговите силови линии са успоредни линии.
Експериментите показват, че силата на взаимодействието на две такси не се променя в присъствието на трето обвинение. Без значение колко такси или влизане, закона на Кулон (уравнение (1.1-3)) може да се използва за изчисляване на силите на взаимодействие на всяка двойка.
От това следва, от областта на стрес принцип суперпозиция, създадена от няколко zaryadamiqi равен на вектора на сумата от интензитета poleyEi генерирани kazhdymi-ти такса отделно
Принципът на суперпозиция означава, че наличието на други такси, не се отразява на електрическото поле, произведено от дадено заплащане.
Фиг. 1.1 илюстрира прилагането на принципа на наслагване при сила на полето Е генерирани от положителни и отрицателни zaryadomQ1 zaryadomQ2 в точка на rasstoyaniir1 от първото зареждане и втората nar2:
където Е1 IE2 - напрежение области, получени от всеки от такси отделно.
Използване на косинус теорема, ние откриваме E модул.
.