Явище взаємодії заряджених тіл і закон Кулона

Явище взаємодії заряджених тіл відкрив французький фізик Шарль Дюфе в 1730 році. Воно полягає в тому, що між зарядженими тілами існують сили притягання або відштовхування: тіла, що мають заряд одного знаку, відштовхуються; а тіла, що мають заряд різного знаку, притягуються (рис.1.3).

Заряджені тіла взаємодіють за допомогою електричного поля, що існує навколо них і є особливою формою матерії.

Закон взаємодії заряджених тіл експериментально відкрив французький
фізик Шарль Кулон у 1785 році, і він має його ім'я. Формулюється він так:
два нерухомих точкових електричних заряди взаємодіють із силою прямо
пропорційною добутку цих зарядів і зворотньо пропорційною квадрату відстані між ними і діелектричній проникності середовища.

Математичний запис закону Кулона:

(1.2)

де F – сила взаємодії між точковими зарядами, Н;

q₁ , q₂– точкові заряди, Кл;

r – відстань між точковими зарядами, м;

e₀ – електрична постійна, Ф/м;

e – відносна діелектрична проникність середовища,

у якому знаходяться заряди.

Електрична постійна e₀ = 8,85 × 10^–12 Ф/м.

Приклад 1.2

Два точкових заряди q₁ = +4π·10^–6 Кл і q₂ = –8,85·10^–6 Кл знаходяться в середовищі з діелектричною проникністю в 20 разів більшою, ніж у вакуумі, на відстані 0,1 м один від одного. Як і з якою силою будуть взаємодіяти зазначені заряди?

Рішення.

Заряди будуть притягатися один до одного із
силою, яку знаходимо за формулою (1.2):

+ q

q_ПР

Рис.1.4

Електричне поле зарядженого тіла діє на електричні заряди, поміщені в будь-яку його точку, з визначеною силою. Уведемо поняття пробного заряду, під яким будемо розуміти позитивний заряд малої
величини q_ПР. Помістимо його в поле позитивного заряду q(рис.1.4). На пробний заряд буде діяти сила F.

Для силової характеристики електричного поля введене поняття напруженості електричного поля в даній точці, під якою розуміється фізична величина, яка чисельно дорівнює відношенню сили, з якою поле діє на пробний заряд, поміщений у дану точку поля, до значення цього заряду, тобто

(1.3)

де Е – напруженість, В/м;

F– сила, Н;

q_ПР – пробний заряд, Кл.

Приклад 1.3

Точковий заряд q = +4π·8,85·10^–12 Кл знаходиться в середовищі з відносною діелектричною проникністю e = 10. Визначити напруженість електричного поля в точці, що
знаходиться на відстані 0,05 м від заряду.

Рішення.

Підставивши в (1.3) значення сили за виразом (1.2),
знаходимо розрахункову формулу напруженості:

(1.3а)

Підставивши значення фізичних величин, одержуємо:

Пробний заряд, поміщений у дану точку поля, має потенціальну енергію
(за аналогією з матеріальним тілом, піднятим над землею, на яке діє сила тяжіння). Для енергетичної характеристики електричного поля введене поняття потенціалу електричного поля в даній його точці, під яким розуміється фізична величина, яка чисельно дорівнює відношенню потенціальної енергії, якою володіє пробний заряд, поміщений у дану точку поля, до значення цього заряду, тобто

(1.4)

де j– потенціал, В;

П – потенціальна енергія, Дж;

q_ПР – пробний заряд, Кл.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.