Полная версия

Главная arrow Математика, химия, физика arrow Курс лекций по физике. Электростатика. Постоянный ток. Электромагнетизм. Колебания и волны

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ЭЛЕКТРОСТАТИКА

Электростатическое поле в вакууме

Электрический заряд (основные свойства заряда; квантование заряда; закон сохранения заряда). Понятие об электрическом поле

Значение данной темы велико и в самой физике, и в жизни. Одно из основных понятий учения об электричестве - электрический заряд q

Вся совокупность электрических явлений - проявление существования, движения и взаимодействия электрических зарядов. Примеры: электрический ток - упорядоченное движение электрических зарядов; взаимодействие заряженных частиц в атоме вещества.

Выделим некоторые опорные положения в развивающейся системе представлений об электрических явлениях.

1. Известно, что при определенных условиях нейтральные тела приобретают электрический заряд (электризуются). В природе имеется два вида электрических зарядов, условно называемых положительными и отрицательными. Заряды, подобные возникающим на стекле, потертом о шелк, считают положительными. Заряды, подобные возникающим на эбоните (или янтаре), потертом о мех, - отрицательные заряды. Это электризация трением; заряжаются оба тела зарядами, противоположными по знаку.

Заряды взаимодействуют определенным образом: одноименные - отталкиваются, разноименные - притягиваются (из опыта).

2. В 1914 году американский физик Р. Милликен в своих опытах показал, что электрический заряд дискретен. Величина заряда любого тела кратна элементарному электрическому заряду е

где е = 1,6 • 1СГ19Кл; п - целое число.

Электрические заряды существуют не сами по себе, а связаны с частицами. Элементарный заряд - это минимальный заряд, обнаруживаемый пока на опыте в свободном состоянии. (Кварки, составляющие частицы, находятся в связанном состоянии.) Электрический заряд - внутренняя характеристика элементарной частицы, определяющая её электромагнитные взаимодействия. Электрон е и протон J р являются соответственно носителями элементарного отрицательного и положительного зарядов.

3. Обычно частицы, несущие заряды разных знаков, присутствуют в равных количествах и распределены в теле с одинаковой плотностью. В этом случае алгебраическая сумма зарядов в любом элементарном объеме тела равна нулю:

Рис. 1.1.1

Опыт показывает (как мы уже отмечали), что возникновение заряда на любом теле при электризации сопровождается появлением заряда такой же величины, но противоположного знака, на другом теле. Приблизив к металлическому телу 2 другое заряженное тело 1 (рис. 1.1.1), можно также, не изменяя общего количества положительно и отрицательно заряженных частиц, вызвать их перераспределение в проводящем теле таким образом, что в одной части тела 2 возникнет избыток зарядов одного знака, а в другой - противоположного знака. Другими словами появляются индуцированные заряды, обусловленные электростатической индукцией.

Итак, в представленных процессах происходит лишь перераспределение заряженных частиц в пространстве.

4. Закон сохранения заряда (один из фундаментальных законов) сформулирован в работах американского физика Б. Франклина (XVIII век). Полный электрический заряд изолированной физической системы, равный алгебраической сумме зарядов, слагающих эту систему элементарных частиц (для обычных макроскопических тел р и _Je), сохраняется во всех взаимодействиях и превращениях частиц системы.

Система называется электрически изолированной, если через ограничивающую ее поверхность не может течь электрический ток.

5. Каждый заряд изменяет свойства окружающего его пространства, создавая нечто материальное, называемое электрическим полем. Электрическое поле - одна из форм существования материи. Это поле действует на другой заряд (неподвижный или движущийся) в той точке пространства, где этот заряд находится, - это основное свойство электрического поля.

Электрическое поле обладает рядом других свойств. Например, оно распространяется со скоростью света, обладает энергией и импульсом. Понятие об электрическом поле становится совершенно необходимым для описания явлений, связанных с движением зарядов. При этом оказывается, что переменное электрическое поле вместе с переменным магнитным полем образуют единое электромагнитное поле, которое может существовать в виде электромагнитных волн отдельно от зарядов, бывших первоначально причиной возникновения поля. (Связь электрического заряда с электромагнитным полем определяется системой уравнений Максвелла.)

В развитии физики важную роль сыграло противопоставление двух концепций, характеризующих взаимодействие зарядов.

В теории дальнодействия предполагается, что все электрические явления сводятся к мгновенному взаимодействию зарядов независимо от расстояния между ними. С точки зрения близкодействия все электрические явления сводятся к изменениям полей зарядов, причем предполагается, что эти изменения распространяются в пространстве с конечной скоростью.

Обе концепции приводят к одинаковым результатам. Однако изучение явлений, обусловленных движением зарядов, показало несостоятельность теории дальнодействия.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>