Теория и формулы электростатики — кратко о главном
Усилия, действующие в различных точках пространства (полях), изучаются в физике. При таких взаимодействиях на тело на расстоянии влияют силы: гравитация и электростатика. Электромагнитное поле такая форма материи, обуславливающая несущую внутреннюю характеристику элементарных частиц, которые находятся в постоянном взаимодействии друг с другом, что порождает разнообразные физические явления и свойства тел.
Исследуя влияние не двигающихся зарядов, французский физик Кулон в 1785 году опытным путем (на весах сверхточных крутильных) открыл закон, которому присвоили его имя. Измерялось взаимное влияние электрически заряженных шариков с намного меньшими размерами, нежели длина отрезка между ними. Усилия идут вдоль кратчайшей линии через центры электризованных объектов.
Для взаимодействий зарядов в различных окружениях, основного из законов электростатики, определена скалярная зависимость:
У кулоновских усилий есть схожесть (по формуле) с гравитацией. При сравнении воздействий для двух элементарных заряженных частиц (электронов) наблюдается огромное превышение сил электричества над тяготением. Отталкивание превосходит гравитацию в 10 в 42 степени раз, получается какое-то загадочное огромное число.
Электрический заряд и его свойства
Многие объекты наэлектризовываются, содержат избыток заряженных частиц, они получают электрические заряды. Это величина элементарных зарядов (количество электричества), определяющее электромагнитное воздействие в пространстве поля. Обладают следующими свойствами:
- Заряд передается другому телу. Заряжаемый объект при различных обстоятельствах может обладать неодинаковым зарядом. Электризация (переход электронов) тел происходит при соприкосновении или трении.
- Передаваемый min возможный заряд (e) электрона называют элементарным, он не делим, в СИ округленно определен:
- Протон несет наименьший такой же, но положительный электрический заряд.
- Электрический заряд q для объекта считается кратной N раз величиной к e: q=Ne, где N – целое натуральное число.
- Заряд тела – сумма электрических зарядов в нем (алгебраическая).
Формулы с пояснениями
Как и силы тяготения, электрические силы (кулоновские) для области применения закона – консервативны, имеют потенциальную энергию, функцию расстояний наблюдаемых частиц. Силовой характеристикой распределения в пространстве поля и его действием на заряд служит напряженность E (векторная). Основные свойства поля и зарядов (притягивающие или отталкивающие) определяет и устанавливает в электростатике ряд формул.
Напряженность пропорциональна силе F, влияющей на q (малый точечный заряд «пробный»), обратно пропорциональна заряду.
Определение напряженности поля E на отрезке r от заряда q выводится из закона Кулона:
Консервативное поле обладает потенциальной энергией (W), такой существующей функцией от соотносительных расстояний для рассматриваемых заряженных частиц. Для поля с напряженностью E заряд q имеет потенциальную энергию (W):
здесь d - расстояние до плоскости, где принята W=0. Нулевой уровень W выбирается произвольно, следовательно, потенциал ? является относительной величиной. Для поля притяжения (механика) тела стремятся к положению с min потенциальной энергией (W), в электростатике по-другому.
Под действием сил поля (электрического) заряженный (+) объект перемещается из точки 2 с > потенциалом (?) в точку 1 с < потенциалом (?), отрицательно же заряженный движется наоборот.
Характеризуя электрическое поле, представляя его, определяют силовую (напряженность E) и энергетическую (потенциальную W) стороны.
Работа (A), выполняемая электростатической силой при перемещении единичного положительного заряда q из некоторой точки в конечную, определяет напряжение (разность потенциалов этих точек) поля.
Зависимость напряженности и разности потенциалов:
где U; напряжение между точками, которые связаны c перемещением Δd, совпадающим по направлению с вектором E.
Электростатика находит применение в многочисленных сферах, в технике, медицине. Электромагнитная теория объяснила многие процессы, безукоризненно описала области явлений, для раскрытия которых была создана. Но дальнейшие исследования сверх микроскопических частиц в атомно-ядерных масштабах, развитие науки показало, что эта сложившаяся картина мира несовершенна. Позднее появлялись другие гипотезы, родилась новая квантово-полевая (релятивистская) теория существования материи, пока до конца непознанная. Но знать и применять практически законы, управляющие известными окружающими нас явлениями и процессами, для соответствующих объектов совершенно необходимо.
Еще темы по физике:
