Господа, всем большое приветствие! Сегодня мы рассмотрим тему взаимодействия зарядов, познакомимся с законом Кулона, узнаем, что такое напряженность электрического поля, а также научимся рисовать силовые линий. Начинаем прямо сейчас!

Господа, современная теория физики утверждает, что заряды действуют друг на друга не напрямую, а посредством электрического поля. То есть каждый зарядик вокруг себя в пространстве создает поле и посредством этого поля оказывает воздействие на другие заряды.

Что вообще такое электрическое поле? Да по сути толком этого никто не знает . Есть мнение, что это типа такой вид материи. Что оно создается электрическими зарядами. Если где-то есть электрический заряд – вокруг него по-любому будет электрическое поле. И это поле будет действовать на другие заряды. Заряды действуют друг на друга не иначе, как посредством электрического поля, которое каждый заряд и создает.

Итак, заряды действуют друг через друга не напрямую, а посредством того, что каждый из них создает вокруг себя электрическое поле. Но, наверное, должны существовать законы, может быть даже математические формулы, которые формально описывают этот процесс и позволяют вычислить силы, с которыми эти самые заряды взаимодействуют. Действительно, такой закон есть и называется он закон Кулона.

Пусть у нас есть два заряда q₁ и q₂. Формально они должны быть точечными. Тогда сила их взаимодействия в вакууме прямо пропорциональна произведению этих двух зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Вот, собственно, и весь закон Кулона. Резонный вопрос – а откуда это все взялось и почему я должен верить?! Господа, закон экспериментальный, математически он ниоткуда не выводится. Ну, т.е. уважаемый господин Кулон провел ряд экспериментов по взаимодействию зарядов на так называемых крутильных весах. И на основе обобщения опытных данных он и получил это выражение. Кто не верит – гугл в помощь. Найдете схему установки и можете повторить путь самого Кулона.

Господа, помним, что у нас там есть коэффициент k, про который пока не было сказано ни слова. Он равен

где ε₀ = 8,85⋅10^-12– электрическая постоянная.

Вполне ожидаемый вопрос – а чо так сложно-то?!

Господа, все из-за путаницы с система исчисления. Есть такая система исчисления СГСЭ – такая, где силы измеряются в динах и прочие непотребства на взгляд любителей православной системы СИ. Так вот, первоначально закон писался под эту систему и в ней-таки k=1. А при переводе в систему СИ все это безобразие и повылазило. Разделить же k на 4π и ε₀ пригодится в дальнейшем они много когда применяются по раздельности.

Еще, господа, вы, вероятно, обратили внимание, что при записи закона Кулона речь шла про вакуум? А что же будет в какой-нибудь среде? Если заряды взаимодействуют в водичке? Или в масле? Или еще где?

Господа, сила взаимодействия там будет меньше в несколько раз! А во сколько? В ε раз. Да, вводится специальный коэффициент ε, который называется диэлектрическая проницаемость среды и как раз показывает, во сколько раз сила взаимодействия зарядов в этой среде меньше, чем в вакууме. Это величина табличная. Так что, господа, если интересно – го в гугл и там найдете для вашего вещества какая у него диэлектрическая проницаемость среды.

Итак, закон Кулона для случая взаимодействия зарядов в среде будет выглядеть так:

А теперь сделаем финт ушами. Из курса механики, который, надеюсь вы помните, сила – векторная величина. А у нас пока везде фигурировали скаляры. Как перейти к векторам? Например, вот так:

Теперь все честно, у нас векторы.   – радиус вектор от одного заряда к другому. Такая запись удобна тем, что позволяет вести расчет для случая взаимодействия нескольких зарядов в произвольных местах пространства. Тогда силы складываются по закону сложения векторов. Однако для простейшего случая одно r сокращается и все остается по-прежнему.

Хорошо, электрическое поле создается зарядами, это понятно. Но чем же характеризовать это самое поле? Ответ весьма очевиден с одной стороны и может быть немного неожиданный с другой. Господа, прошу вас посмотреть на формулу закона Кулона чуть-чуть под другим углом. Представим себе, что заряд q1 является источником электрического поля и в его поле мы помещаем пробный заряд q2. Изменяя заряд q2 у нас изменится и сила F (ее считаем по закону Кулона), с которой на него действует заряд q1. Отношение же этой силы к пробному заряду q2 все время постоянно. И может быть использовано как характеристика поля заряда q1. Это напряженность электрического поля.

Да, это так же векторная величина. Потому что сила – векторная величина. Однако во многих простых случаях все легко сводится к скалярам по принципам, описанным выше.

Господа, из написанной формулы видно, что напряженность электрического поля зависит от заряда, который его создает и от расстояния до источника заряда. Ну, то есть чем больше заряд и чем мы ближе к нему, тем напряженность поля больше.

Зная напряженность электрического поля легко определить, с какой силой поле действует на заряд, помещенный в это поле:

Если же у нас несколько полей в пространстве, то аналогично тому, как складываются силы, будут складываться и напряженности поля:

Так уж повелось, что человек гораздо лучше воспринимает материал, если ему нарисовать красивую картинку. Я так вообще на слух, без рисунков вообще очень плохо суть улавливаю. Так же и с полем. Мы говорили типа это особая форма материи и все такое. А теперь, оказывается, мы можем нарисовать поле! Ну, это, конечно, очень смелое выражение. На деле мы будем графически характеризовать поле с помощью так называемых силовых линий. Господа, внимание. Немного выносящее мозг определение. Силовые линии – это такие линий, касательные к которым везде совпадают с пектором напряженности. Ну то есть надо нарисовать такую линию, что бы вектор напряженности был к ней касательным к каждой точке поля. Силовые линии имеют направление. Они идут от плюса к минусу. Кроме того, силовые линии никогда не пересекаются друг с другом.

Привожу примеры рисунков, на вырисовывание которых я убил пару часов! Все для вас, господа!

На рисунке 1 приведены силовые линии одиночного положительного заряда. Они исходят от него и идут далеко-далеко в окружающее пространство. С ростом расстояния число линий на квадратный метр становится все меньше и меньше, линии идут более разреженно. Это эквивалентно уменьшению напряженности поля. То же самое подтверждает и формулка.

Рисунок 1 – Силовые линии положительного заряда

На рисунке 2 приведена картина силовых линий двух зарядов одного знака.  В нашем примере для отрицательных. Например, двух электронов. Силовых линий нет между зарядами, они отталкивают друг друга.

Рисунок 2 – Силовые линии двух отрицательных зарядов друг рядом с другом

На рисунке 3 приведена картина напряженности поля для двух зарядов разных знаков. Силовые линии густо сосредоточены между ними – там высокая интенсивность поля.

Рисунок 3 – Силовые линии положительного и отрицательного зарядов.

Итак, силовые линии – отличный инструмент для лучшего понимания поля.

Господа, сегодня мы определили как взаимодействуют между собой электрические заряды, познакомились с законом Кулона, узнали про напряженность электрического поля и порисовали силовые линии. Думаю, вполне достаточно. Всем пока и огромных успехов!

Вступайте в нашу группу Вконтакте

Вопросы и предложения админу: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.