Электростатика. Часть 1

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.

Электромагнитные силы – силы притяжения и отталкивания, возникающие между электрически заряженными частицами и телами.
Электрический заряд Q, q – скалярная физическая величина, характеризующая свойство некоторых частиц или тел вступать при определенных условиях в электромагнитное взаимодействие и определяющая значения силы и энергий этих взаимодействий.
Единица измерения – 1 Кл (кулон) = 1 А . с.

Фундаментальные свойства электрического заряда
Существуют два вида электрических зарядов (положительные и отрицательные). Одноименные заряды отталкиваются, разноименные – притягиваются.
Электрический заряд инвариантен – его величина не зависит от системы отсчета, т.е. не зависит от того, движется он или покоится.
Электрический заряд дискретен - заряд любого тела составляет целое число, кратное элементарному заряду е = 1,6 . 10-19 Кл .
Электрический заряд аддитивен заряд любой системы тел (частиц) равен сумме зарядов тел ( частиц), входящих в систему.

Электрон – носитель элементарного отрицательного заряда: Q = - e = - 1,6 . 10-19 Кл;
m = 9,1 . 10-31 кг.
Протон – носитель элементарного положительного заряда: Q = + e = + 1,6 . 10-19 Кл;
m = 1,67 . 10-27 кг.
Закон сохранения заряда
Алгебраическая сумма электрических зарядов любой замкнутой системы остается неизменной, какие бы процессы не происходили внутри данной системы.
Под замкнутой системой в данном случае понимают систему, которая не обменивается зарядами с внешними телами.

Точечный заряд – заряженное тело, размеры которого много меньше расстояний до других заряженных тел, с которыми оно взаимодействует.
Сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами , находящимися в вакууме, прямо пропорциональна произведению величин зарядов Q1 и Q2 , обратно пропорциональна квадрату расстояния r 2 между ними и направлена вдоль линии, соединяющей заряды:
Закон Кулона

В СИ коэффициент пропорциональности
- электрическая постоянная

Закон Кулона для точечных зарядов, находящихся в диэлектрической среде (веществе)
где ε - диэлектрическая проницаемость среды – безразмерная величина, показывающая во сколько раз сила взаимодействия зарядов в среде F меньше, чем в вакууме F0.:
ε = F0 / F .
,
,

Электрическое (электромагнитное) поле – особый вид материи, посредством которого электрические заряды взаимодействую друг с другом.
Электростатическое поле – электрическое поле, созданное неподвижными электрическими зарядами и не изменяющееся со временем.
Электростатическое поле описывается двумя величинами : напряженностью (силовая векторная характеристика поля) и потенциалом ( энергетическая скалярная характеристика поля).
Пробный заряд Q0 – небольшой по величине, точечный положительный заряд, который не искажает исследуемое электрическое поле.

Напряженность электрического поля E – векторная физическая величина, численно равная силе, с которой поле действует на пробный единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля.
Направление вектора напряженности E совпадает с направлением вектора силы F , с которой поле действует на положительный заряд.
Единица измерения – 1 Н/Кл = 1 В/м

Напряженность поля точечного заряда Q
- в скалярной форме;
- в векторной форме ;
- радиус – вектор, направленный от заряда Q в точку поля А;
- единичный вектор.

Линии напряженности – линии, касательные к которым в каждой точке пространства (поля) совпадают с направлением вектора напряженности.
Эти линии:
указывают направление вектора напряженности;
напряженноcть поля E равна числу линий, проходящих через единичную площадку, перпендикулярную линиям;
начинаются на положительных зарядах и заканчиваются только на отрицательных зарядах;
никогда не пересекаются.

Принцип суперпозиции электростатических полей
Напряженность результирующего поля E , создаваемого системой зарядов Qi , равна векторной сумме напряженностей полей Ei , создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности.

Поток ФЕ вектора напряженности E электрического поля через плоскую поверхность площадью S - величина, равная произведению модуля вектора E на площадь S и косинус угла α между векторами E и n (нормалью к поверхности).
Единица измерения - 1 В . м .
- проекция вектора E на направление вектора нормали n.

- другая формула потока;
- вектор площадки.
Поток ФЕ численно равен количеству линий напряженности, пронизывающих поверхность S , является алгебраической величиной.
Поток вектора напряженности величина скалярная. Знак потока определяется направлением положительной нормали к поверхности. За положительное направление принимается направление внешней нормали к поверхности.