Электростатика

1. Электростатика

Литература:
1. Савельев И.В. Курс общей физики 2т.
2. Иродов И.В. Общая физика.
Электромагнетизм (основные законы)
3. Калашников С.Г. Электричество
4. Трофимова Т.И. Курс физики
5. Тамм И.Е. Основы теории электричества

2. Лекция 1

Электрический заряд и его свойства. Закон сохранения
электрического заряда.
Взаимодействие электрических зарядов в вакууме.
Закон Кулона.
Электростатическое поле. Напряженность поля.
Силовые линии электрического поля. Графическое
представление электростатических полей.
Поток вектора индукции и напряженности
электростатического поля.
Теорема Остроградского-Гаусса.
Дивергенция. Уравнение Гаусса в дифференциальной форме.

3. 1 . Электрический заряд и его свойства. Закон сохранения электрического заряда.

Электростатика – раздел, изучающий статические
(неподвижные) заряды и связанные с ними электрические
поля. Слово «электрический» происходит от
древнегреческого слово «илектрон» (от др.-греч. ἤλεκτρον)
означающий янтарь.
Электрический заряд – физическая (скалярная) величина,
характеризующая интенсивность электромагнитного
взаимодействия тел.

4. Электрический заряд и его свойства. Закон сохранения электрического заряда

Свойства заряда:
1.
Двойственность: в природе существуют заряды двух знаков,
одноименные отталкиваются, разноименные притягиваются. В связи с
этим заряды условно разделены на положительные и
отрицательные.
2. Элементарный заряд – наименьший по абсолютной величине
заряд. Электрические заряды не существуют сами по себе, а
являются внутренними свойствами элементарных частиц –
электронов, протонов и др. Элементарный электрический заряд
равен заряду протона или электрона, e = 1,6 ⋅10−19 Кл .
Американский физик Р. Милликен опытном путём показал
дискретность заряда.
3. Квантование : если физическая величина принимает только
определенные дискретные значения, говорят, что она квантуется
(дискретна). q = ±Ne , где N – целое число.
Заряду 1 мкКл соответствует 6.25 ∙ 1010 электронов. Поскольку
элементарный заряд мал мы не замечаем дискретности заряда.

5. . Электрический заряд и его свойства. Закон сохранения электрического заряда

.
4.
Электрический заряд и его свойства.
Закон сохранения электрического заряда
1Кл – заряд, протекающий через поперечное сечение
проводника за 1 с, при силе тока 1 Ампер.
5.
Аддитивность: полный заряд системы равен алгебраической
сумме зарядов, составляющих эту систему,
N
q qi
i 1
6.
Релятивистская инвариантность
заряда к различным
инерциальным системам отсчета, т.е. величина заряда не зависит от
скорости движения заряженных тел. Один и тот же заряд, измеренный в
разных инерциальных системах отсчета, одинаков.
7.
Сохранение заряда – закон сохранения заряда: в изолированной
системе (в системе, которая не обменивается зарядами с внешней
средой) алгебраическая сумма зарядов остается постоянной величиной
при всех изменениях внутри системы.
q1 q2 q3 ... qn const

6. . Электрический заряд и его свойства. Закон сохранения электрического заряда

Типы зарядов
Точечные заряды
- Точечным зарядов называют заряженное
тело, размерами которого можно пренебречь в условиях данной
задачи, по сравнению с расстояниями до других заряженных тел,
с которыми оно взаимодействует. Точечный заряд – физическая
модель.
Протяженным
(распределенным)
называется заряд тела,
размерами которого в условиях данной задачи пренебречь
нельзя.
Протяженные
заряды
делятся
на
линейные,
поверхностные и объемные.

7. . Электрический заряд и его свойства. Закон сохранения электрического заряда

.
Линейная плотность заряда –
q dq
lim
l 0 l
dl
- измеряется в Кл/м.
Поверхностная плотность заряда –
Электрический заряд и его свойства.
Закон сохранения электрического заряда
dq dl
q dq
lim
S 0 S
dS
–поверхностная плотность заряда, измеряется в Кл/м2
dq dS
Объемная плотность заряда –
q dq
lim
V 0 V
dV
– объемная плотность заряда, измеряется в Кл/м3
dq dV

8. . Электрический заряд и его свойства. Закон сохранения электрического заряда

Классификация зарядов
По способности смещаться относительно положения равновесия под действием
внешнего электрического поля заряды условно делят на свободные, связанные,
сторонние и индуцированные.
Свободными называются заряды, способные свободно перемещаться в теле под
действием внешнего электрического поля (например, свободные электроны в
металлах).
Связанными называют заряды, входящие в состав молекул диэлектрика,
которые под действием электрического поля могут лишь смещаться из своего
положения равновесия, оставаясь в составе молекулы.
Сторонними называются заряды, находящиеся на диэлектрике, но не входящие
в состав его молекул.
Индуцированными называются заряды, которые наводятся на нейтральном теле
в электростатическом поле.
Поляризационные заряды, появляются на диэлектриках, помещенных во
внешнее поле, т.е. при поляризации диэлектриков.

9. Взаимодействие электрических зарядов в вакууме. Закон Кулона

В 1785 г. Ш. Кулон экспериментально установил закон
взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов.
r
F12
F21
r12
q1
q2
F12
q1
F21
q2
q1q2 r12
F12 k 2
F21
r12 r12
- сила взаимодействия точечных
зарядов в вакууме пропорциональна
величине зарядов и обратно
пропорциональна квадрату
расстояния между ними.
Закон Кулона справедлив на расстоянии 107 ÷ 10−15 м, поэтому
внутри ядра действуют уже другие силы, не кулоновские.

10. Взаимодействие электрических зарядов в вакууме. Закон Кулона

r
F12
q1q2 r12
F12 k 2
F21
r12 r12
F21
r12
q1
q2
k –коэффициент пропорциональности,
зависит от системы единиц.
q1 и q2 – величины взаимодействующих
зарядов,
F12
F21
q1
q2
r – расстояние между зарядами
r12
– единичный вектор,
F12 – сила действующая на заряд