Понятие электрического заряда и его свойства. Закон Кулона. Электрическое поле

и его характеристики.
Тема 2

поле и его характеристики.

нельзя дать определения, но можно описать их свойства. В геометрии

таким понятием является точка, в электродинамике - заряд.
Электрический заряд, источник электромагнитного поля, связанный с материальным носителем; внутренняя характеристика элементарной частицы, определяющая ее электромагнитное взаимодействие. Вся совокупность электрических и магнитных явлений есть проявление существования, движения и взаимодействия электрического заряда.
Рассмотрим ряд опытов, иллюстрирующих основные свойства заряженных тел.

2.1. Понятие электрического заряда и его свойства

Цель:
Изучить действие одноименных и разноименных зарядов.
Оборудование:
Станиолевые гильзы на нитях.
Два штатива.
Стеклянная

и эбонитовая палочки.
Шелк, шерсть.

Рис.2.1. Установка с гильзами

на стойках на небольшом расстоянии друг от друга две гильзы.

2.Отрегулируйте длину нити – гильзы должны висеть на одном уровне.
3.Зарядите одну из них. Другую начинайте приближать. В первый момент они притянутся друг к другу, прикоснутся и резко разлетятся в разные стороны. Продолжайте сближать до полного их соприкосновения, однако гильзы останутся разведенными, под углом друг к другу. Еще раз убеждаемся: одинаково заряженные тела отталкиваются.

4.Между гильзами поместите палочку, имеющую тот же знак заряда, – гильзы разойдутся на больший угол. Перемещайте палочку – и гильзы будут ее «сопровождать». В этом опыте мы имеем три одинаково заряженных тела, отталкивающихся друг от друга.

С деревянной линейкой
Цель:
Изучить действие одноименных и разноименных зарядов.

Оборудование:
Штатив изолирующий с легко вращающейся насадкой.
Стеклянная и эбонитовая палочки.
Шелк, шерсть.
Деревянная линейка.

Рис.2.2.Установка с деревянной линейкой.

заряды внутри линейки перераспределяются и она ведет себя как заряженное

тело, хотя количество зарядов того и другого знака в ней одинаково.
Таким образом, можно сказать, какое-либо тело имеет электрический заряд либо при нарушении баланса между положительно и отрицательно заряженными частицами в нем, либо при их неравномерном распределении по объему тела.

Ход работы:
1.Поднесите наэлектризованную палочку к деревянной линейке-«карусели».
2.Линейка поляризуется и начнет притягиваться к палочке. С помощью заряженной палочки вы можете заставить линейку вращаться.

и отрицательными "–". Причем одноименные заряды отталкиваются, а разноименные –

притягиваются.
Дискретность (дробление или прерывистость). Заряд любого тела является кратным некоторой величине, а именно элементарному заряду электрона e=1.6*10-19 Кл. Данное представление о заряде просуществовало до шестидесятых годов, когда появилась теория кварков - частиц с дробными зарядами 1/3e и 2/3e.

(2.1)

Закон сохранения заряда. Алгебраическая сумма зарядов в изолированной (изолированная система включает все взаимодействующие тела) системе есть величина постоянная.

К оглавлению

(2.2)

в условиях данной задачи можно пренебречь. Это аналогично понятию материальной

точки в механике.
Взаимодействие точечных зарядов на опыте изучал Кулон. Для этого он использовал крутильные весы.

Рис.2.3. установка для изучения точечных зарядов

точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна величинам этих зарядов и

обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Опыт проходил в два этапа:
1. Изменяли заряды шариков, но расстояние между ними оставляли прежним (r = const). В ходе опыта было установлено, что сила взаимодействия зарядов прямо пропорциональна величинам зарядов

2. Заряды шариков оставляли неизменными

, но

изменяли расстояние между ними. В ходе опыта было установлено, что сила взаимодействия между зарядами обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними

(2.3)

векторной форме
(2.4)

существования материи, способная передавать электрическое взаимодействие.





Свойства поля:
Поле не имеет границ,

оно бесконечно.
Электрическое взаимодействие передается с конечной скоростью (в вакууме со скоростью света c).
Поле обладает энергией.
Поле обладает массой.

заряда Q и от расстояния r.
Напряженность — это физическая величина,

численно равная силе, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля.

Напряженность поля точечного заряда в скалярной и векторной форме определяется по формулам:

(2.5)

(2.6)

точке поле независимо от полей создаваемых другими зарядами.

Суперпозиция означает наложение.
Рис.2.6.Принцип

суперпозиции

(2.7)

Силовые линии
Для символического изображения напряженности Фарадей предложил использовать силовые линии.
Силовые линии — это линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением силы, действующей на положительный заряд, помещенный в эту точку. Они начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах. Если рассмотреть некоторый уединенный точечный заряд, то линии напряженности обязательно закончатся на отрицательном заряде, который, возможно, на чертеже и не уместится. Чем больше величина напряженности электростатического поля, тем выше густота силовых линий. Количество линий напряженности (или силовых линий), пронизывающих единичную площадку, численно равно значению напряженности электростатического поля.

Оборудование:
Султаны на изолирующих штативах
Электрофорная машина
Провода соединительные
Рис.2.7.Опыт с султанчиками

помощи султанов, которые устанавливаются на изолирующих штативах и заряжаются хорошо

наэлектризованной палочкой или от электрофорной машины. Сначала показывают опыт с одним заряженным султаном и обращают внимание на радиальное положение бумажных полосок и показывают искривление при отталкивании и притяжении и разноименными зарядами
Затем заряжают оба султана одноименными и показывают искривление при отталкивании и притяжении и разноименными зарядами

б) уединенный точечный заряд (“+”-силовые линии направлены из центра в

бесконечность; ”-” – силовые линии направлены из бесконечности в центр);
в) два одноименных точечных заряда (силовые линии деформируются);
г) два разноименных точечных заряда (силовые линии замыкаются, образуя окружность).

в

г

К оглавлению

Рис.2.8.