Закон Кулона
НАВИГАЦИЯ ПО СТРАНИЦЕ
легко понять и запомнить
Закон Кулона
Взаимодействие неподвижных (в данной инерциальной системе отсчёта) зарядов называется электростатическим.
Раздел электродинамики, в котором изучается взаимодействие неподвижных зарядов, называется электростатикой.
Основной закон электростатики — это закон Кулона.
По внешнему виду закон Кулона удивительно похож на закон всемирного тяготения, который устанавливает характер гравитационного взаимодействия точечных масс. Закон Кулона является законом электростатического взаимодействия точечных зарядов.
Точечный заряд — это заряженное тело, размеры которого много меньше других размеров, характерных для данной задачи.
Точечный заряд — такая же идеализация, как материальная точка, точечная масса и т. д. В случае точечных зарядов мы можем однозначно говорить о расстоянии между ними, не задумываясь о том, между какими именно точками заряженных тел это расстояние измеряется.
Закон Кулона
Сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению абсолютных величин зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Эта сила называется кулоновской. Вектор кулоновской силы всегда лежит на прямой, соединяющей заряды. Для кулоновской силы справедлив третий закон Ньютона: заряды действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению.
В качестве примера на рис. 1 показаны силы и , с которыми взаимодействуют два отрицательных заряда.
Рисунок 1. Кулоновская сила
Если заряды, равные по модулю q1 и q2, находятся на расстоянии r друг от друга, то они взаимодействуют с силой
Коэффициент пропорциональности k в системе СИ равен:
Если сравнивать с законом всемирного тяготения, то роль точечных масс в законе Кулона играют точечные заряды, а вместо гравитационной постоянной G стоит коэффициент k. Математически формулы этих законов устроены одинаково. Важное физическое отличие заключается в том, что гравитационное взаимодействие всегда является притяжением, а взаимодействие зарядов может быть как притяжением, так и отталкиванием.
Так уж вышло, что наряду с константой k имеется ещё одна фундаментальная константа ε0, связанная с k соотношением
Константа ε0 называется электрической постоянной. Она равна:
Закон Кулона с электрической постоянной выглядит так:
Закон Кулона в диэлектрике
Отличие электростатического взаимодействия от гравитационного состоит не только в наличии сил отталкивания. Сила взаимодействия зарядов зависит от среды, в которой заряды находятся (а сила всемирного тяготения от свойств среды не зависит).
Диэлектриками, или изоляторами называются вещества, которые не проводят электрический ток.
Оказывается, что диэлектрик уменьшает силу взаимодействия зарядов (по сравнению с вакуумом). Более того, на каком бы расстоянии друг от друга заряды ни находились, сила их взаимодействия в данном однородном диэлектрике всегда будет в одно и то же число раз меньше, чем на таком же расстоянии в вакууме. Это число обозначается ε и называется диэлектрической проницаемостью диэлектрика. Диэлектрическая проницаемость зависит только от вещества диэлектрика, но не от его формы или размеров. Она является безразмерной величиной и может быть найдена из таблиц.
fДиэлектрическая проницаемость вакуума, как видим, равна единице. Во всех остальных случаях диэлектрическая проницаемость больше единицы. Диэлектрическая проницаемость воздуха настолько близка к единице, что при расчёте сил взаимодействия зарядов в воздухе пользуются формулами для вакуума.
Полезные ссылки:
