Подготовка к вступительным экзаменам в МГУ. Физика - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
и диэлектрики. Закон сохранения электрического заряда. Взаимодействие
электрически заряженных тел. Электроскоп. Точечный заряд. Закон Кулона.
• Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Линии
напряженности (силовые линии) электрического поля. Однородное
электрическое поле. Напряженность электростатического поля точечного
заряда. Принцип суперпозиции полей. Поле проводящей сферы.
• Работа сил электростатического поля. Потенциал и разность
потенциалов. Потенциал поля точечного заряда. Связь разности потенциалов
с напряженностью электростатического поля. Эквипотенциальные поверхности.
• Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Диэлектрическая
проницаемость вещества. Электроемкость. Конденсаторы. Поле плоского
конденсатора. Электроемкость плоского конденсатора. Последовательное и
параллельное соединение конденсаторов. Энергия заряженного конденсатора.
• Энергия электрического поля.
Определения, понятия и законы
Электростатикой называется раздел электродинамики, в котором
рассматриваются взаимодействия неподвижных в инерциальной системе отсчета
электрически заряженных тел или частиц.
Электрические заряды. Элементарный электрический заряд.
Физическая величина, характеризующая свойство тел или частиц вступать в
электромагнитные взаимодействия и определяющая значения сил, возникающих
при таких взаимодействиях, называет-
Определения, понятия и законы
137
ся электрическим зарядом. Электрические заряды делятся на положительные и
отрицательные. Положительный заряд возникает, например, на стекле,
натертом кожей, отрицательный - на янтаре, натертом шерстью.
Носителями электрических зарядов являются элементарные частицы и их
античастицы. Стабильными носителями положительного заряда являются протон
и позитрон, отрицательного - электрон и антипротон. Другие элементарные
частицы, имеющие электрические заряды, являются нестабильными, их время
"жизни" чрезвычайно мало.
В Международной системе за единицу заряда принят кулон (Кл). Кулон - это
заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе
тока 1 ампер (А). Определение единицы силы тока 1 А будет дано в разделе
3.2.
Электрический заряд протона и электрона по абсолютному значению равен
1,602 • 10'19 Кл. Массы протона и электрона равны, соответственно, 1,67 •
10'27 кг и 9,1 • 10'31 кг. Электрический заряд протона и электрона
называется элементарным зарядом.
Электрический заряд любого заряженного тела равен целому числу
элементарных зарядов. В электрически нейтральном (незаряженном) теле
содержится равное число элементарных зарядов противоположного знака.
Электрически нейтральными являются неио-низованные атомы и молекулы.
Если электрическая нейтральность тела нарушена, то оно называется
наэлектризованным, или заряженным. Для электризации тела необходимо,
чтобы на нем был создан избыток (недостаток) элементарных зарядов того
или другого знака. Электризация тел осуществляется различными способами,
простейшим из которых является электризация соприкосновением. Этот способ
основан на том, что при соприкосновении некоторых тел, когда происходит
контакт между разнородными веществами, валентные электроны могут
переходить из одного вещества в другое.
Проводники и диэлектрики. Проводниками называются вещест-
138
Электростатика
ва, в которых может происходить упорядоченное перемещение электрических
зарядов (электрический ток). Проводниками являются металлы, водные
растворы солей, кислот и др., ионизованные газы. В частности, в металлах
валентные электроны взаимодействующих друг с другом атомов отщепляются и
становятся свободными, т.е. способными свободно перемещаться в объеме
металла. Эти электроны, называемые также электронами проводимости, и
обеспечивают электропроводность металлов. Механизмы электропроводности
других проводящих веществ будут подробно рассмотрены в разделе 3.2.
Диэлектриками называются вещества, которые не проводят электрический ток.
В диэлектриках практически отсутствуют свободные электроны, и
упорядоченное движение электрических зарядов в обычных условиях
невозможно. К диэлектрикам относятся некоторые твердые вещества (стекло,
фарфор, ряд кристаллов и др.), жидкости (химически чистая вода, керосин,
минеральное масло и др.) и большинство газов. Валентные электроны в
атомах диэлектриков прочно связаны со своими ядрами и в обычных условиях
не могут отщепляться от них.
Закон сохранения электрического заряда. При всех явлениях, связанных с
перераспределением электрических зарядов в изолированной системе
взаимодействующих тел, алгебраическая сумма электрических зарядов
остается постоянной. Этот закон, носящий название закона сохранения
электрического заряда, является таким же фундаментальным законом физики,
как и другие законы сохранения: энергии, импульса и др.
Электрометр и электроскоп. Для обнаружения зарядов и измерения их
величины служат электрометры и электроскопы. Простейший электрометр (рис.
