Взаимодействие двух точечных неподвижных зарядов. Закон Кулона. Напряженность электрического поля (заряда, плоскости, шара, цилиндра). Индукция электрического поля. Силовые линии электрического поля.

Взаимодействие двух точечных неподвижных зарядов. Закон Кулона. Напряженность электрического поля (заряда, плоскости, шара, цилиндра). Индукция электрического поля. Силовые линии электрического поля.

Закон взаимодействия точечных зарядов (закон Кулона) имеет следующий вид:

• в системе СГСЭ
  • 
• в системе СИ
  • 
• где
  • F - сила взаимодействия двух точечных зарядов
  • q₁, q₂ - величины зарядов
  • ε_α - абсолютная диэлектрическая проницаемость среды
  • r - расстояние между точечными зарядами
• Численное значение ε_α можно выразить в относительных единицах (по отношению к абсолютному значению диэлектрической проницаемости вакуума ε₀ ).
• Величина ε=ε_α /  ε₀ называется (относительной) диэлектрической проницаемостью; она показывает, во сколько раз взаимодействие между зарядами в безграничной однородной среде меньше, чем в вакууме.
• Численное значение величины ε₀ и ее размерность зависят от выбора системы единиц; значение ε от выбора системы единиц не зависит.
• В системе СГСЭ ε₀=1 (эта величина является четвертой основной единицей);
• В системе СИ
  • 
• (в этой системе ε₀ является производной величиной).
• В системе СГСЭ за единицу заряда принимают величину такого заряда, который действует в вакууме на равный ему заряд, удаленный на 1 см, с силой в 1 дин.
• В системе СИ единицей заряда является кулон (Кл): 1Кл = 2,99793*10⁹ ед.зар. СГСЭ ~ 3*10⁹ ед.зар. СГСЭ
  • Элементарный заряд e = 4,8*10^-10ед.зар.СГСЭ (заряд электрона).
• Если в пространстве обнаруживается действие сил на неподвижные электрические заряды, то говорят, что в нем существует электрическое поле.

• Электрически заряженные тела всегда окружены электрическим полем. Поле неподвижных зарядов называют электростатическим. Напряженность электрического поля в данной точке численно равна силе, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в эту точку:
  • E=F/q
• Напряженность - величина векторная. Направление вектора напряженности совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд. Напряженности полей двух и более различных электрических зарядов складываются по правилу параллелограмма, т.е. векторно. Все последующие формулы даны в системе СГСЭ (слева) и СИ (справа).

Напряженность электрического поля точечного заряда в системах СГСЭ и СИ:

• 
• где
  • r - расстояние от точки, в которой определяется напряженность, до точки, в которой помещен заряд q

Напряженность электрического поля равномерно заряженной плоскости в системах СГСЭ и СИ:

• 
• где
  • σ - величина заряда, приходящаяся на единицу поверхности.

Напряженность электрического поля равномерно заряженного шара в системах СГСЭ и СИ:

• 
• где
  • r - расстояние от точки, в которой определяется напряженность, до центра шара.

Напряженность электрического поля заряженного цилиндра в системах СГСЭ и СИ:

• 
• где
  • q' - заряд, приходящийся на единицу длины цилиндра
  • r - расстояние от точки, в которой определяется напряженность, до оси цилиндра

Векторная величина D = ε_α E называется индукцией электрического поля.

Линия, касательная в каждой точке которой совпадает с направлением вектора напряженности, называется силовой линией электрического поля. Расположение силовых линий в электрических полях различной структуры показано на рисунках ниже.

Силовые линии поля точечного электрического заряда

Силовые линии поля двух разноименных и одноименных точечных зарядов

Электрическое поле плоского конденсатора