Электростатика: закон Кулона и электрическое поле

1.

ЛЕКЦИЯ № 1
ФИЗИКА
2
С Е М Е С Т Р
• Взаимодействие электрических
зарядов в вакууме. Закон Кулона
• Электрическое поле.
Напряженность
электростатического поля
• Принцип суперпозиции
• Электростатическое поле диполя
Склярова Анастасия Сергеевна
Доцент кафедры Физика,
ИФиМ, ауд. 183 гз
02.09.2026

2.

ФИЗИКА
2 СЕМЕСТР
• ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И
МАГНЕТИЗМ
• ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ
ВОЛНЫ. ОПТИКА
• АТО М Н А Я Ф И З И К А
22 ЛЕКЦИИ(ТЕСТ/КОЛЛОКВИУМ)
15 ПРАКТИК(2 КОНТРОЛЬНЫЕ)
7 ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
ЭКЗАМЕН
1

3.

Л И Т Е РАТ У РА
1. И.В. Савельев. Общий курс физики, Т. 2: Электpичество и
магнетизм; Волны; Оптика
2. И.В. Савельев. Общий курс физики, Т. 3: Квантовая оптика.
Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра
и элементарных частиц
3. Д.В. Сивухин. Общий курс физики. Том 3. Электричество.
Часть первая и часть вторая
4. Д.В. Сивухин. Общий курс физики. Том 4. Оптика
5. И.Е. Иродов. Электромагнетизм. Основные законы
6. И.Е. Иродов. Волновые процессы. Основные законы
7. И.Е. Иродов. Задачи по общей физике (издание 1988 год и
аналоги)
Д О П ОЛ Н И Т Е Л Ь Н А Я
Л И Т Е РАТ У РА
8. А.Н. Матвеев. Электричество и магнетизм
9. Э. Парселл. Электричество и магнетизм. Берклеевский курс
физики
10. Т.И. Трофимова. Курс физики
Конспекты лекций профессоров кафедры Физики СПбПУ:
https://physics.spbstu.ru/lekcii_kafedry_eksperimentlanoy_fiziki/
2

4.

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ:
электростатика в вакууме и в веществе
электрический ток, магнитостатика и
связанные с ними физические явления
зависящие от времени электрическое и магнитное поля
полная система уравнений Максвелла
- Уравнения Максвелла инвариантны относительно преобразований Лоренца, поэтому они справедливы и в области релятивистских скоростей.
- Квантовый характер электромагнитных сил не сказывается на расстояниях вплоть до 10 -10 см (примерно в 100 раз меньше размера атома). Для
меньших расстояний необходимо использовать уравнения квантовой электродинамики.
3

5.

ЭЛЕКТРОСТАТИКА
- изучает статические (неподвижные) заряды и связанные с ними электрические поля.
4

6.

Эксперимент амер. физика Роберта Милликена (лауреат Нобелевской премии) по измерению заряда электрона
Комментарий к видео:
q4 = 11,2 х 10-19 Кл =7 q0
q5 = 8,0 х 10-19 Кл =5 q0
5

7.

Взаимодействие электрических зарядов в вакууме. Закон Кулона.
Шарль Огюстен Кулон - экспериментально установил закон взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов (1785 г).
Точечным зарядом (q) называется заряженное тело, размеры которого пренебрежительно малы по
сравнению с расстоянием до других заряженных тел, с которым оно взаимодействует.
СИ
- закон Кулона
- закон Кулона в векторной форме
6

8.

Взаимодействие электрических зарядов в вакууме. Закон Кулона.
По 3 закону Ньютона:
В среде:
7

9.

Взаимодействие электрических зарядов в вакууме. Закон Кулона.
ЭТИ ФОРМУЛЫ БЫЛИ ДЛЯ ТОЧЕЧНЫХ ЗАРЯДОВ !!!
Система СИ, основные единицы: длина L – метр (м), масса M – килограмм (кг), время Т – секунда (с), температура
– Кельвин (К) и сила тока – Ампер (А)
Система СГСЭ, основные единицы: длина L – сантиметр (см), масса M – грамм (г), время Т – секунда (с),
температура – Кельвин (К)
1 Кл = 3 · 109 СГСЭ - ед.заряда
8

10.

Электрическое поле.
Взаимодействие зарядов:
- теория дальнодействия (Ньютон, Ампер): взаимодействие между зарядами осуществляется мгновенно
через пустоту (устаревшая теория)
- теория близкодействия (Фарадей, Максвелл): один заряд не действует на другой напрямую через пустоту.
Первый заряд создает поле, а это поле действует на второй заряд. Взаимодействие осуществляется со
скоростью света.
Взаимодействие зарядов осуществляется посредством поля
Не существует статических электрических полей, не
связанных с зарядами, как не существует «голых», не
окруженных полем зарядов.
9

11.

Электрическое поле. Напряженность электростатического поля
Напряженность эл/стат. поля является силовой характеристикой поля, создаваемого зарядом q, и определяется
отношением силы, действующей на пробный заряд q’, помещенный в данную точку поля, к величине этого
пробного заряда:
где r – расстояние от заряда до точки, где мы изучаем это поле.
Вектор напряженности электростатического поля равен силе, действующей в данной точке на помещенный
в нее пробный единичный положительный заряд.
Единица измерения напряженности эл/ст поля: Н/Кл.
1 Н/Кл – напряженность такого поля, которое на точечный заряд 1 Кл действует с силой в 1 Н.
В СИ:
10

12.

Электрическое поле. Напряженность электростатического поля: графическое представление.
Количество линий, которые начинаются или заканчиваются зарядом, пропорционально величине этого заряда.
Силовые линии начинаются на положительных зарядах (или на бесконечности) и заканчиваются на отрицательных
зарядах (или на бесконечности).
Силовые линии нигде не пересекаются.
11

13.

Электрическое поле. Напряженность электростатического поля: графическое представление.
Линией напряженности электрического поля (силовой линией) называется такая линия, касательная к которой в каждой её точке
совпадает по направлению с вектором напряженности электрического поля.
Количество линий, которые начинаются или заканчиваются зарядом, пропорционально величине этого заряда.
12

14.

Электрическое поле. Напряженность электростатического поля: графическое представление.
Число линий, пронизывающих перпендикулярную к ним площадку единичной площади, пропорционально величине (модулю)
напряженности электрического поля в данном месте. Другими словами силовые линии проводятся гуще там, где модуль
напряженности поля больше.
Электрическое поле, напряженность которого одинакова по модулю и направлению во всех точках пространства,
называется однородным электрическим полем.
13

15.

Сложение электростатических полей. Принцип суперпозиции.
Пусть поле создают несколько зарядов. Поместим в это поле пробный заряд. Результирующая сила:
Если поле создается несколькими точечными зарядами, то на пробный заряд q’ действует со стороны заряда qk такая сила,
как если бы других зарядов не было.
Т.к.
- принцип суперпозиции электрических полей: напряженность
результирующего поля системы точечных зарядов равна
векторной сумме напряженностей полей, созданных в данной
точке каждым из зарядов в отдельности.
14

16.

Сложение электростатических полей. Принцип суперпозиции.
- принцип суперпозиции
электрических полей
15

17.

Сложение электростатических полей. Принцип суперпозиции.
А ЕСЛИ ПОЛЕ СОЗДАЕТСЯ НЕ ТОЧЕЧНЫМИ ЗАРЯДАМИ?
Интеграл может быть линейным, по площади или по объему в зависимости от формы заряженного тела.
Пример – полукольцо!
16

18.

Электростатическое поле диполя.
Электрическим диполем называется система двух одинаковых по величине, но противоположных по знаку,
точечных зарядов, расстояние между которыми значительно меньше расстояния до тех точек, в которых
определяется поле системы
+q
-q
17

19.

Электростатическое поле диполя.
r
B
r
А
18

20.

Электростатическое поле диполя.
r
C
19