Электростатика

Электростатика
Электродинамика – раздел физики, изучающий
электромагнитное взаимодействие электрически
заряженных частиц и тел.
Электростатика – раздел электродинамики, в
котором изучаются взаимодействие и свойства
неподвижных электрически заряженных частиц и
тел, а так же их полей.
Электрический заряд Q, q –
скалярная физическая величина,
характеризующая
свойство
некоторых
частиц
или
тел
вступать
в
электромагнитное
взаимодействие.
Единица измерения – 1 Кл (кулон) = 1 А . с
Электромагнитные
силы – силы притяжения и
отталкивания,
возникающие
между
электрически
заряженными частицами и телами.
Два вида электрических зарядов: позитрон (+) и электрон (-)
q инвариантен – его величина не зависит от системы отсчета,
т.е. не зависит от того, движется он или покоится.
q дискретен - заряд любого тела составляет целое число,
кратное элементарному заряду е = 1,6 . 10-19 Кл .
q аддитивен заряд любой системы тел (частиц) равен сумме
зарядов тел
( частиц), входящих в систему.
Закон сохранения заряда
Алгебраическая сумма электрических зарядов любой
замкнутой системы остается неизменной, какие бы
процессы не происходили внутри данной системы.
n
Q   Qi  const
i 1
Замкнутая система – это систему,
обменивается зарядами с внешними телами.
которая
не
Точечный заряд – заряженное тело, размеры которого много
меньше расстояний до других заряженных тел, с которыми
оно взаимодействует
Закон Кулона
Модуль силы взаимодействия
F
между
двумя
неподвижными точечными зарядами q1 и q2 , находящимися
в вакууме, прямо пропорционален произведению модулей
зарядов q1 и q2, и обратно пропорционален квадрату
расстояния r между ними:
𝒒𝟏 𝒒𝟐
𝑭=𝒌∙ 𝟐
𝒓
k - коэффициент пропорциональности
𝜀0 - электрическая постоянная
2
Н

м
k
 9  10 9 (
)
2
40
Кл
1
2
Кл
 0  8,85  10 12 (
)
2
Нм
Закон Кулона для точечных зарядов, находящихся в
диэлектрической среде (веществе)
𝒒𝟏 𝒒𝟐
𝑭=𝒌∙
𝜺 ∙ 𝒓𝟐
где ε
- диэлектрическая проницаемость среды –
безразмерная величина, показывающая во сколько раз
сила взаимодействия зарядов в среде F меньше, чем
в вакууме F0
𝑭𝟎
𝜺=
𝑭
Решение задач
Задача 1.
На каком расстоянии друг от друга заряды 1 мкКл (обозначим 𝑞1 ) и 10
нКл (обозначим 𝑞2 ) взаимодействуют в вакууме с силой 9 мН
(обозначим F)?
Дано:
𝑞1 = 1 мкКл = 10−6 Кл
𝑞2 = 10 нКл = 10−8 Кл
𝐹 = 9 мН = 9 ∙ 10−3 Н
Найти: 𝑟−?
Решение
Решение задач
Задача 2.
Во сколько раз надо изменить расстояние между зарядам (обозначим 𝑞1 и 𝑞2 ) и
при увеличении одного из них в 4 раза (обозначим 𝑞1 = 4𝑞1 ), чтобы сила
взаимодействия осталась прежней (обозначим 𝐹1 = 𝐹2 )?
Дано:
Решение
𝑞1 и 𝑞2
𝑞1 = 4𝑞1
𝑞2 = 𝑞2
𝐹1 = 𝐹2
Найти:
𝑟2
𝑟1
-?
Решение задач
Задача 3.
Два шарика, расположенные на расстоянии 10 см (обозначим r) друг от друга, имеют
одинаковые отрицательные заряды (обозначим 𝑞1 = 𝑞2 = 𝑞 ) и взаимодействуют с силой
0,23 мН (обозначим F). Найти число (обозначим N) избыточных электронов на каждом
шарике. Заряд электрона равен 𝑒 = 1.6 ∙ 10−19 Кл
Дано:
𝑞1 = 𝑞2 = 𝑞
r = 10 см = 0,1 м
𝐹 = 0,23 мН = 2,3 ∙ 104 Н
𝑒 = 1.6 ∙ 10−19 Кл
Найти: 𝑁 −?
Решение
Решение задач
Задача 4.
Заряды 10 и 16 нКл расположены на расстоянии 7 мм друг от друга. Какая сила будет
действовать на заряд 2 нКл, помещенный в точку, удаленную на 3 мм от меньшего заряда
и на 4 мм от большего?
Дано:
q1 = 10 нКл = 10−8 Кл
q2 = 16 нКл = 1,6 ∙ 10−8 Кл
q3 = 2 нКл = 2 ∙ 10−9 Кл
𝑟1 = 7 мм = 7 ∙ 10−3 м
𝑟2 = 3 мм = 3 ∙ 10−3 м
𝑟3 = 4 мм = 4 ∙ 10−3 м
Найти: 𝐹 −?
Решение