Электростатика. Основные принципы и законы, описывающие этот раздел физики.

 

 Электростатика - это раздел науки об электричестве изучающей неподвижные электрические заряды. В ее основе лежат 3 основных факта это существование двух видов зарядов, наличие взаимодействия между ними и принцип суперпозиции (на взаимодействие двух зарядов не влияет третий).

 И так в природе существует два вида электрических зарядов. Условно одному из них присвоен знак плюс «+» а другому соответственно знак минус «-» . Вокруг этих зарядов существует электрическое поле, и если эти заряды неподвижны, то поле называется электростатическим.

 

Отрицательный и положительный заряды

 

 

Рисунок  1 Отрицательный и положительный заряды.

 

 Электрический заряд это величина дискретная. То есть он состоит из элементарных зарядов определенной величины. И суммарный заряд, какого либо тела кратен этому элементарному заряду.

 При изучении зарядов в электростатике применяют методы усреднения, как во времени, так и в пространстве. Что позволяет рассматривать заряды, находящиеся в хаотичном тепловом движении как неподвижные.

 Все заряды как положительные, так и отрицательные входят в состав молекул вещества. Таким образом, любое тело обладает большим количеством зарядов. Но явления взаимодействия электростатических зарядов можно наблюдать лишь в том случае если тело обладает избытком (недостатком) зарядов одного знака.

 Закон сохранения заряда гласит, что если система замкнута, то суммарный заряд в ней неизменен. Эти заряды могут, как угодно распределятся внутри системы, что никак не повлияет на заряд системы в целом.

 Единицей измерения для поля, создаваемого электрическими зарядами, служит напряжённость. Графически ее изображают в виде силовых линий. Плотность силовых линий указывает на величину напряжённости поля.

 

поле между разноименными зарядами

 

Рисунок 2 поле между разноименными зарядами.

 

 Одноименные заряды всегда отталкиваются, а разноименные притягиваются. Между зарядами размерами, которых можно пренебречь (точечные заряды) действует так называемая Кулоновская сила. Закон кулона определяет, чему равна сила взаимодействия двух электрических зарядов в зависимости от их величины и расстояния между ними.

 

закон Кулона

 

Формула 1 закон Кулона

 

 Электростатическое поле является потенциальным. Это значит, что работа по перемещению заряда из одной точки в другую не зависит от формы пути движения заряда. Если одна из точек находится на бесконечности, то можно ввести понятие электрического потенциала. Он определяет работу, затрачиваемую на перемещение заряда из бесконечности в данную точку пространства.

 Далее если объединить все точки, потенциал которых имеет одинаковое значение , то мы получим эквипотенциальную поверхность. Поверхность, потенциал всех точек которой имеет одинаковое значение.

 И напоследок поговорим о принципе суперпозиции поле. Суть принципа заключается в том, что результирующее поле нескольких точечных зарядов будет векторной суммой полей каждого из зарядов в отдельности. То есть поле третьего заряда не как не влияет на поля двух других зарядов.

 

принцип суперпозиции полей

 

 
 Рисунок 3 принцип суперпозиции полей

 

  Основные задачи, которые решает электростатика, это определение распределения заряда по поверхности, зная потенциал поверхности или ее полный заряд. Нахождение энергии системы проводников, зная их заряды и потенциалы. А также изучение поведения различных веществ в электрическом поле.

 

 

 

 
След. »