Опыты по притяжению и отталкиванию наэлектризованных тел позволяют предположить, что эл.заряды взаимодействуют. Причем взаимодействие зависит от расстояния (чем ближе – тем сильнее). Предположение – заряд передается через воздух. Опыт – заряженный электроскоп поместили под колокол, воздух откачали, а листочки электроскопа по-прежнему отталкивались. В результате исследований было установлено, что эл.заряды окружены эл.полем.

Электрическое поле (часть эл.магнитного) – особый вид материи, который создается эл.зарядами, неразрывно с ними связан и воздействует на заряды одинаково, независимо от того, двигаются они или покоятся в данной инерциальной системе отсчета.

Электрическое поле, создаваемое неподвижными зарядами – электростатическое . Его характеристиками являются напряженность и потенциал .

Электрическое поле взаимодействует с зарядом. Энергия этого взаимодействия - потенциальная.

Потенциал электрического поля – скалярная величина, энергетическая характеристика, равная отношению потенциальной энергии пробного заряда к величине этого заряда.

Пробным называют тот заряд, который существенно не меняет поле, с которым взаимодействует (элементарный заряд –равный 1,6*10 -19 Кл).

Напряженность ( силовая характеристика)в данной точке электростатического поля - векторная физическая величина, равная отношению силы, действующей в данной точке поля, на точечный пробный заряд, к этому заряду. E = F /q. (E = F при q = 1). Ед. измерения 1 В/м = 1 Дж/(м*Кл) = 1Н/м или Н/кл

В каждой точке поля напряженность имеет определенное значение и зависит от координат. В случае переменных полей она зависит и от времени.

Направление вектора Е совпадает с на­правлением силы, действующей на «+» заряд. Если поле создается «-» зарядом, то вектор Е направлен к заряду и противонаправлен силе. Линии напряженности начинаются у «+» зарядов (или в бесконечности) и оканчиваются у «-» зарядов. По густоте линий можно судить о величине Е

Разные заряды одноименные заряды пластина

Картина будет более наглядной, если рисовать не векторы в отдельных точках, а непрерывные линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности. Эти линии называются линиями напряженности или силовыми линиями электрического поля. За направление силовых линий принимается направление вектора Е.

Напряженность поля увеличивается по мере приближения к заряду, а силовые линии при этом сгущаются.

Линии напряженности электростатических полей не замкнуты . Отметим, что напряженность поля в диэлектрике меньше, чем в вакууме из-за явления поляризации и, следовательно, густота силовых линий в диэлектрике меньше. Отношение напряженности поля в вакууме к напряженности в данной среде называют диэлектрической проницаемостью вещества. E вак. /E.

Напряженность электростатического поля в металле равняется нулю, так как поле свободных зарядов, существующих в нем, через достаточно короткий промежуток времени уравновесит внешнее поле и ток в металле будет равен нулю. Поэтому силовые линии в металл не проникают.

Однородным называется электростатическое поле, во всех точках которого напряженность одинакова по величине и направлению

Электрическая сила (Кулоновская) – сила, с которой электрическое поле действует на внесенный в него электрический заряд независимо от того, двигается он или покоится в данной инерциальной системе отсчета.

Подносим заряженную «+» палочку к заряженной «-» гильзе. По мере приближения палочки угол отклонения гильзы будет увеличиваться. Следовательно, чем ближе расположены тела, тем сильнее действие поля.

Закон взаимодействия электрических зарядов (закон Кулона) – два точечных неподвижных заряда взаимодействуют в вакууме с силой, прямопропорциональной произведению их зарядов и обратнопропорциональной квадрату расстояния между ними, где - коэффициент пропорциональности, - заряды, - расстояние между ними.

Границы применимости закона Кулона

1. Заряженные тела должны быть точечными. Если же размеры и расстояния соизмеримы, то необходимо мысленно «разбить» тело на такие малые объемы, чтобы каждый из них отвечал условию точечности. Суммирование сил, действующих между элементарными объемами заряженных тел, дает возможность определить электрическую силу.

2. Заряженные тела должны быть неподвижными, т.к. при движении заряженных тел проявляется действие магнитного поля, возникающего в результате этого движения.

Принцип суперпозиции

Если на тело действует несколько сил, то по законам механики Ньютона результирующая сила равна их геометрической сумме. В нашем случае – телом является электрический заряд. На электрические заряды действуют силы со стороны поля. Если при наложении в пространстве полей от нескольких зарядов эти поля не влияют друг на друга, то результирующая сила со стороны всех полей на заряд должна быть равна геометрической сумме сил со стороны каждого поля. Это означает, что напряженности полей складываются геометрически, так как напряженности прямо пропорциональны силам.

  • Основные законы Динамики. Законы Ньютона - первый, второй, третий. Принцип относительности Галилея. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Силы упругости. Вес. Силы трения - покоя, скольжения, качения + трение в жидкостях и газах.
  • Кинематика. Основные понятия. Равномерное прямолинейное движение. Равноускоренное движение. Равномерное движение по окружности. Система отсчёта. Траектория, перемещение, путь, уравнение движения, скорость, ускорение, связь линейной и угловой скорости.
  • Простые механизмы. Рычаг (рычаг первого рода и рычаг второго рода). Блок (неподвижный блок и подвижный блок). Наклонная плоскость. Гидравлический пресс. Золотое правило механики
  • Законы сохранения в механике. Механическая работа, мощность, энергия, закон сохранения импульса, закон сохранения энергии, равновесие твердых тел
  • Движение по окружности. Уравнение движения по окружности. Угловая скорость. Нормальное = центростремительное ускорение. Период, частота обращения (вращения). Связь линейной и угловой скорости
  • Механические колебания. Свободные и вынужденные колебания. Гармонические колебания. Упругие колебания. Математический маятник. Превращения энергии при гармонических колебаниях
  • Механические волны. Скорость и длина волны. Уравнение бегущей волны. Волновые явления (дифракция. интерференция...)
  • Гидромеханика и аэромеханика. Давление, гидростатическое давление. Закон Паскаля. Основное уравнение гидростатики. Сообщающиеся сосуды. Закон Архимеда. Условия плавания тел. Течение жидкости. Закон Бернулли. Формула Торричели
  • Молекулярная физика. Основные положения МКТ. Основные понятия и формулы. Свойства идеального газа. Основное уравнение МКТ. Температура. Уравнение состояния идеального газа. Уравнение Менделеева-Клайперона. Газовые законы - изотерма, изобара, изохора
  • Волновая оптика. Корпускулярно-волновая теория света. Волновые свойства света. Дисперсия света. Интерференция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция света. Поляризация света
  • Термодинамика. Внутренняя энергия. Работа. Количество теплоты. Тепловые явления. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к различным процессам. Уравнение теплового балланса. Второй закон термодинамики. Тепловые двигатели
  • Вы сейчас здесь: Электростатика. Основные понятия. Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Принцип суперпозиции. Теория близкодействия. Потенциал электрического поля. Конденсатор.
  • Постоянный электрический ток. Закон Ома для участка цепи. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца. Закон Ома для полной цепи. Закон электролиза Фарадея. Электрические цепи - последовательное и параллельное соединение. Правила Кирхгофа.
  • Электромагнитные колебания. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур. Переменный электрический ток. Конденсатор в цепи переменного тока. Катушка индуктивности ("соленоид") в цепи переменного тока.
  • Элементы теории относительности. Постулаты теории относительности. Относительность одновременности, расстояний, промежутков времени. Релятивистский закон сложения скоростей. Зависимость массы от скорости. Основной закон релятивистский динамики...
  • Погрешности прямых и косвенных измерений. Абсолютная, относительная погрешность. Систематические и случайные погрешности. Среднее квадратическое отклонение (ошибка). Таблица определения погрешностей косвенных измерений различных функций.
  • Взаимодействие неподвижных (в данной инерциальной системе отсчёта) зарядов называется электростатическим. Оно наиболее просто для изучения.

    Раздел электродинамики, в котором изучается взаимодействие неподвижных зарядов, называется электростатикой. Основной закон электростатики это закон Кулона.

    По внешнему виду закон Кулона удивительно похож на закон всемирного тяготения, который устанавливает характер гравитационного взаимодействия точечных масс. Закон Кулона является законом электростатического взаимодействия точечных зарядов.

    Точечный заряд это заряженное тело, размеры которого много меньше других размеров, характерных для данной задачи. В частности, размеры точечных зарядов пренебрежимо малы по сравнению с расстояниями между ними.

    Точечный заряд такая же идеализация, как материальная точка, точечная масса и т. д. В случае точечных зарядов мы можем однозначно говорить о расстоянии между ними, не задумываясь о том, между какими именно точками заряженных тел это расстояние измеряется.

    Закон Кулона. Сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению абсолютных величин зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

    Эта сила называется кулоновской. Вектор кулоновской силы всегда лежит на прямой, соединяющей заряды. Для кулоновской силы справедлив третий закон Ньютона: заряды действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению.

    С которыми взаимодействуют два

    В качестве примера на рис. 3.6 показаны силы F1

    и F2

    отрицательных заряда.

    Рис. 3.6. Кулоновская сила

    Если заряды, равные по модулю q1 и q2 , находятся на расстоянии r друг от друга, то они взаимодействуют с силой

    q1 q2

    Коэффициент пропорциональности k в системе СИ равен:

    k = 9 109 Н м 2 :

    Кл2

    Если сравнивать с законом всемирного тяготения, то роль точечных масс в законе Кулона играют точечные заряды, а вместо гравитационной постоянной G стоит коэффициент k. Математически формулы этих законов устроены одинаково. Важное физическое отличие заключается в том, что гравитационное взаимодействие всегда является притяжением, а взаимодействие зарядов может быть как притяжением, так и отталкиванием.

    Так уж вышло, что наряду с константой k имеется ещё одна фундаментальная константа "0 , связанная с k соотношением

    k = 4 1 " 0 :

    Константа "0 называется электрической постоянной. Она равна:

    Закон Кулона с электрической постоянной выглядит так:

    q1 q2

    4 "0

    3.2.1 Принцип суперпозиции

    Опыт показывает, что выполнен так называемый принцип суперпозиции. Он состоит из двух утверждений.

    1. Кулоновская сила взаимодействия двух зарядов не зависит от присутствия других заряженных тел.

    2. Предположим, что заряд q взаимодействует с системой зарядов q 1 , q2 , . . . , qn . Если каж-

    Принцип суперпозиции проиллюстрирован на рис. 3.7 . Здесь положительный заряд q взаимодействует с двумя зарядами: положительным зарядом q1 и отрицательным зарядом q2 .

    Рис. 3.7. Принцип суперпозиции

    Принцип суперпозиции позволяет прийти к одному важному утверждению.

    Вы помните, что закон всемирного тяготения справедлив на самом деле не только для точечных масс, но и для шаров со сферически-симметричным распределением массы (в частности, для шара и точечной массы); тогда r расстояние между центрами шаров (от точечной массы до центра шара). Этот факт вытекает из математической формы закона всемирного тяготения и принципа суперпозиции.

    Поскольку формула закона Кулона имеет ту же структуру, что и закон всемирного тяготения, и для кулоновской силы также выполнен принцип суперпозиции, мы можем сделать аналогичный вывод: по закону Кулона будут взаимодействовать два заряженных шара (точечный заряд с шаром) при условии, что шары имеют сферически-симметричное распределение заряда; величина r в таком случае будет расстоянием между центрами шаров (от точечного заряда до шара).

    Значимость данного факта мы увидим совсем скоро; в частности, именно поэтому напряжённость поля заряженного шара окажется вне шара такой же, как и у точечного заряда.

    Но в электростатике, в отличие от гравитации, с этим фактом надо быть осторожным. Например, при сближении положительно заряженных металлических шаров сферическая симметрия нарушится: положительные заряды, взаимно отталкиваясь, будут стремиться к наиболее

    удалённым друг от друга участкам шаров (центры положительных зарядов будут находиться дальше друг от друга, чем центры шаров). Поэтому сила отталкивания шаров в данном случае будет меньше того значения, которое получится из закона Кулона при подстановке вместо r расстояния между центрами.

    3.2.2 Закон Кулона в диэлектрике

    Отличие электростатического взаимодействия от гравитационного состоит не только в наличии сил отталкивания. Сила взаимодействия зарядов зависит от среды, в которой заряды находятся (а сила всемирного тяготения от свойств среды не зависит).

    Диэлектриками, или изоляторами называются вещества, которые не проводят электрический ток.

    Оказывается, что диэлектрик уменьшает силу взаимодействия зарядов (по сравнению с вакуумом). Более того, на каком бы расстоянии друг от друга заряды ни находились, сила их взаимодействия в данном однородном диэлектрике всегда будет в одно и то же число раз меньше, чем на таком же расстоянии в вакууме. Это число обозначается " и называется диэлектрической проницаемостью диэлектрика. Диэлектрическая проницаемость зависит только от вещества диэлектрика, но не от его формы или размеров. Она является безразмерной величиной и может быть найдена из таблиц.

    Таким образом, в диэлектрике формулы (3.1 ) и (3.2 ) приобретают вид:

    q1 q2

    1 q1 q2

    4 "0 "r2

    Диэлектрическая проницаемость вакуума, как видим, равна единице. Во всех остальных случаях диэлектрическая проницаемость больше единицы. Диэлектрическая проницаемость воздуха настолько близка к единице, что при расчёте сил взаимодействия зарядов в воздухе пользуются формулами (3.1 ) и (3.2 ) для вакуума.

    Закон Кулона

    Закон взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов установлен в 1785 г.Ш. Кулоном с помощью крутильных весов, подобных тем, которые использовались Г. Кавендишем для определения гравитационной постоянной.

    Точечным называется заряд, сосредоточенный на теле, линейные размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, с которыми он взаимодействует. Понятие точечного заряда, как и материальной точки, является физической абстракцией .

    Закон Кулона: сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорциональна зарядам Q1 и Q2 и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

    где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц.

    Сила F направлена по прямой, соединяющей взаимодействующие заряды, т.е. является центральной, и соответствует притяжению (F<0) в случае разноимённых зарядов и отталкиванию (F>0) в случае одноимённых зарядов. Эта сила называется кулоновской силой . В векторной форме закон Кулона имеет вид:

    F 12 - сила, действующая на заряд Q 1 со стороны заряда Q 2 , r 12 - радиус-вектор, соединяющий заряд Q 2 с зарядом Q 1 , r = | r 12 |. На заряд Q2 со стороны заряда Q 1 действует сила F 21 = - F 12 .

    В СИ коэффициент пропорциональности равен

    k = 1/ (4 * р * е 0)

    Тогда закон Кулона запишется в окончательном виде:

    Величина е 0 называется электрической постоянной ; она относится к числу фундаментальных физических постоянных и равна

    е 0 = 0,85*10 -12 [КлІ/ (H*мІ)] = 0,85*10 -12 [Ф/м]

    где фарад (Ф) - единица электрической ёмкости

    Электростатическое поле. Напряжённость электростатического поля

    Если в пространство, окружающее электрический заряд, внести другой заряд, то на него будет действовать кулоновская сила; значит, в пространстве, окружающем электрические заряды, существует силовой поле. В данном случае - электрическое - поле, посредством которого взаимодействуют электрические заряды.

    Для обнаружения и опытного исследования электростатического поля используется пробный точечный положительный заряд - такой заряд, который не искажает исследуемое поле (не вызывает перераспределение зарядов, создающих поле). Если в поле, создаваемое зарядом Q, поместить пробный заряд Q 0 , то на него действует сила F, различная в разных точках поля, которая, согласно закону Кулона, пропорциональна пробному заряду Q 0 . Поэтому отношение F/Q 0 , не зависит от Q 0 и характеризует электростатическое поле в той точке, где пробный заряд находится. Эта величина называется напряжённостью и является силовой характеристикой электростатического поля.

    Напряжённость электростатического поля в данной точке есть физическая величина, определяемая силой, действующей на пробный единичный, положительный заряд, помещённый в эту точку поля:

    Напряжённость поля точечного заряда в вакууме:

    Направление вектора Е совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд. Если поле создается положительным зарядом, то вектор Е направлен вдоль радиуса-вектора от заряда во внешнее пространство (отталкивание пробного положительного заряда); если поле создается отрицательным зарядом, то вектор Е направлен к заряду

    Рис 3. Направления вектора Е относительно заряда

    Единица напряженности электростатического поля - ньютон на кулон (Н/Кл): 1Н/Кл - напряженность такого поля, которое на точечный заряд 1 Кл действует с силой в 1 Н.

    Графически электростатическое поле изображают с помощью линий напряжённости - линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора Е. Линиям напряжённости, приписывается направление, совпадающее с направлением вектора напряжённости. Так как в каждой данной точке пространства вектор напряжённости имеет лишь одно направление, то линии напряжённости никогда не пересекаются.

    Для однородного поля (когда вектор напряженности в любой точке постоянен по величине и направлению) линии напряженности параллельны вектору напряженности. Если поле задается точечным зарядом, то линии напряженности - радиальные прямые, выходящие из заряда, если он положителен и входящие в него, если заряд отрицателен.

    Чтобы с помощью линий напряжённости можно было характеризовать не только направление, но и значение напряжённости электростатического поля, условились проводить их с определённой густотой: число линий напряжённости, пронизывающих единицу площади поверхности, перпендикулярную линиям напряжённости, должно быть равно модулю вектора Е . Тогда число линий напряжённости, пронизывающих элементарную площадку dS , нормаль n которой образует угол л с вектором Е , равно EdScosл = EndS, где En - проекция вектора Е на нормаль n к площадке dS. Величина:

    dФЕ = EndS = EdS (6)

    называется потоком вектора напряжённости через площадку dS.

    Единица потока вектора напряженности электрического поля - 1В*м.

    Принцип суперпозиции электростатических полей

    Опыт показывает, что к кулоновским силам применим принцип независимости действия сил, т.е. результирующая сила F, действующая со стороны поля на пробный заряд Q 0 , равна векторной сумме сил F i , приложенных к нему со стороны каждого из зарядов Q i

    Формула (7) выражает принцип суперпозиции (наложения) электростатических полей, согласно которому напряженность Е результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равна геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности.

    Построение математической модели

    Рассмотрим модель движения частицы с зарядом q и массой m в кулоновском поле другой частицы с зарядом Q, положение которой фиксировано.

    В системе координат, начало которой привязано к "большому" телу, уравнения модели в простейшем приближении имеют вид


    Они получаются из второго закона Ньютона и закона Кулона. = 0,85.10 12 ф/м электрическая постоянная. Знак "" в уравнениях для скорости соответствует разноименно заряженным частицам; в случае одноименных зарядов он меняется на "+".

    Входные параметры модели:

    q и Q соответственно заряды движущейся и закрепленной частиц;

    m масса движущейся частицы;

    начальные координаты движущейся частицы;

    начальная скорость движущейся частицы либо угол прицеливания

    Выходные параметры модели:

    координата х

    координата у

    Исходя из выше приведенных формул, строим систему дифференциальных уравнений, отображающей положение движущейся частицы q в определенный момент времени, и ее скорость относительно двух перпендикулярных осей.

    1. Согласно современным представлениям, электрическое взаимодействие между телами осуществляется посредством электромагнитных полей. Свойство тела создавать в окружающем пространстве электромагнитное поле количественно характеризуется скалярной физической величиной называемой электрический заряд . Свойство силового поля одного заряженного тела действовать на другие заряженные тела характеризуется векторной физической величиной называемойнапряженность электрического поля . Основными законами, позволяющими описать электрическое взаимодействие неподвижных заряженных тел, являются закон Кулона и принцип суперпозиции. Для описания действия электрических сил вводят понятия точечного и пробного зарядов.

    Точечными зарядами называются заряженные тела, размеры которых малы по сравнению с расстояниями между телами (т.е. в области пространства, занимаемого такими заряженными телами электрическое поле однородно).

    Пробными зарядами называются заряженные тела, внесение которых в электрические поля других тел не приводит к их искажению (т.е. величина заряда настолько мала, что не приводит к смещению зарядов на окружающих телах).

    2. Закон Кулона определяет силы взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов и, расположенных на расстоянииr 12 друг от друга

    .

    Здесь - сила, действующая на первый заряд со стороны второго,- сила, действующая на второй заряд со стороны первого (эти силы удовлетворяют третьему закону Ньютона, т.е. являются силами действия и противодействия). Величины сил пропорциональны величинам зарядови и обратно пропорциональны- квадрату расстояния между ними. Силы всегда направлены вдоль прямой, соединяющей эти заряды. Они являются силами притяжения, если знаки зарядов противоположны и силами отталкивания, если знаки зарядов одинаковы (см. рис.1). Свойства сил взаимодействия точечных зарядов отражает векторная форма закона Кулона:

    В системе СИ коэффициент к в законе Кулона с учетом единицы заряда принято представлять в виде:

    Нм 2 /Кл 2

    где -электрическая постоянная.

    Упражнение 1 .

    Покажите, как можно количественно сравнить электрические заряды двух тел.

    Пусть q 1 и q 2 величины зарядов электрических тел, которые необходимо сравнить. Возьмем третье заряженное тело, заряд которого обозначим Q . И в точке на расстоянии r от него, которое велико по сравнению с размерами всех трех тел, поместим последовательно тела, заряды которых мы сравниваем. Измеряя силыи, с которыми сравниваемые заряды будут взаимодействовать последовательно с зарядом Q , на основании закона Кулона утверждаем, что ибудут иметь либо одинаковые, либо противоположные направления, а отношение их величин
    не зависит ни от расположения заряда
    Q ни от его величины. Поэтому отношение F 1 / F 2 служит мерой самих пробных зарядов, причем, если направления силисовпадают, алгебраические знаки зарядов совпадают.

    3. Исследования взаимодействия заряженных тел выявили следующие фундаментальные свойства зарядов :

    Электрический заряд существует в двух формах - он может быть положительным или отрицательным.

    Электрический заряд подчиняется закону сохранения: полный электрический заряд системы тел остается неизменным, если заряженные тела не пересекают поверхность, ограничивающую эту систему. При этом неизменным остается только полный заряд, а не положительный и отрицательный в отдельности. Например, при рождении пары электрон – позитрон в системе возникают заряды, но полный заряд сохраняется.

    Электрический заряд – величина релятивистки инвариантная: величина заряда любого тела не зависит от того, как это тело движется.

    В природе существует минимальный по величине заряд. Его называют элементарным и обозначают e . Любой электрический заряд кратен элементарному заряду

    (
    )

    То, что является естественной единицей измерения заряда, по историческим причинам не было использовано, и в системе СИ за единицу заряда была выбрана величина, равная 6,2418
    и получившая название кулон. Поэтому для величины элементарного заряда получим:

    Кл

    Упражнение 2.

    Найдите силу, с которой точечный заряд Q будет действовать на точечный заряд, если на точечный заряд, помещенный в ту же точку пространства он действует с силой.

    Построив вектор из точки нахождения зарядав точку помещения заряда q 2 , запишем выражение для силы на основе закона Кулона
    . Аналогично для заряда, помещенного в ту же самую точку,
    и, сравнивая выражения для этих сил, получим
    .

    4. Векторная физическая величина, модуль которой численно равен силе, действующей на единичный положительный неподвижный пробный заряд, помещенный в некоторой точке наблюдения, а направление совпадает с направлением этой силы, называется напряженностью электрического поля в рассматриваемой точке и обозначается вектором,

    Силу, действующую на любой точечный заряд q , покоящийся в поле, представим в векторном виде:

    Упражнение 3:

    Найдите напряженность электрического поля точечного заряда Q .

    Решение:

    Поместим вблизи заряда Q точечный заряд q , в положение, задаваемое вектором относительно заряда Q , как показано на рис.2. Силу, действующую на заряд q , запишем в векторной форме как:
    .

    Напряженность электрического поля точечного заряда в рассматриваемой точке равна
    , откуда:

    5. Сила, действующая на заряд q со стороны нескольких зарядов
    равна векторной сумме сил:

    или на языке напряженностей:
    ,

    где -полеi -го заряда в точке нахождения зарядаq . Этот закон, называемыйпринципом суперпозиции , фактически утверждает, что сила взаимодействия двух точечных зарядов не зависит от наличия в их окрестности других заряженных тел.

    6. Часто распределение зарядов на телах описывается непрерывным распределением электричества. Распределение электричества по объему пространства задается пространственной плотностью заряда
    , по поверхности -поверхностной плотностью заряда
    , вдоль линии –линейной плотностью заряда
    :

    dq = ρ dV , dq = σ dS , dq = λ dl .

    7. Для графического изображения векторных полей используют силовые линии (линии напряженности) поля, которые проводятся по следующим правилам: касательная к силовой линии направлена вдоль векторав каждой точке; густота силовых линий пропорциональна напряженности в данной области пространства. Силовые линии начинаются и заканчиваются на зарядах, а в пустом пространстве непрерывны. Число линий начинающихся и заканчивающихся на зарядах пропорционально их абсолютной величине.

    Вопросы

    1.1 Три заряда расположены в вершинах равнобедренного прямоугольного треугольника. В вершинах острых углов находятся заряды +q ,
    , а в вершине прямого угла заряд +2 q (см. рис.3). Определить какой из представленных на рисунке векторов совпадает с направлением напряженности поля в середине гипотенузы.

    Ответ:

    Напряженности полей, создаваемые зарядами q , равны по величине и направлены в сторону отрицательного заряда. Если обозначить длину гипотенузы2 a , то каждая из этих напряженностей равна
    и их сумма составляет
    . Это же значение имеет и поле заряда +2 q , направленное вдоль луча проведенного из прямого угла в середину гипотенузы. Напряженность результирующего поля направлена параллельно катету в направлении 3.

    1.2 Дана система N точечных зарядов. Какой физический смысл имеют выражения:

    а)

    б)

    Ответ:

    а) Вынесем q N из под знака суммирования
    , тогда каждое слагаемое под знаком суммы представляет вектор напряженностиk -го заряда в точке нахожденияN -го. А вся сумма – результирующее поле (N -1 ) зарядов в этой точке{ N -1} . Выражение а) представится какq N { N -1} , т.е.равно силе, действующей на зарядq N со стороны остальных зарядов системы.

    б) Каждое слагаемое суммы
    представляет силу, действующую наi -ый

    заряд со стороны k -го. Вся сумма б) равна результирующей силе действующей на всю систему зарядов и равна нулю, т.к. каждая пара зарядов взаимодействует друг с другом с силами, результирующая которых равна нулю.

    1.3 В первоначально незаряженной системе в пространственно разделенных точках возникла пара зарядов q (см.рис.4). Выполняется ли при этом закон сохранения заряда:

    а) если заряды возникли одновременно?

    б) если заряды возникли в последовательные моменты времени?

    Ответ:

    а) Закон сохранения зарядов не выполняется, т.к. в малых областях, окружающих каждый заряд, произошло изменение заряда без переноса электричества через поверхность, ограничивающие эти области.

    б) Закон сохранения заряда не выполняется, т.к. в период между возникновениями зарядов полный заряд замкнутой системы изменился без переноса электричества через поверхность, ограничивающую систему.