Взаимодействие заряженных тел. Решение задач: закон Кулона

Электродинамика – это наука о свойствах и закономерностях особого вида материи – электромагнитного поля, которое осуществляет взаимодействие между электрическими заряженными телами или частицами.
Электростатика – раздел электродинамики, изучающий покоящиеся электрически заряженные тела. Существует два вида электрических зарядов: положительные (стекло о шелк) и отрицательные (эбонит о шерсть).

положительный заряд, образуется на стеклянной палочке, если натирать ее бумагой или шелком

отрицательный заряд– на эбонитовой или янтарной палочке, если натирать ее мехом

Электризация – разделение электрических зарядов.
Электризация может производиться несколькими способами:
трением;
прикосновением;
ударом;
наведением (через влияние);
облучением;
химическим взаимодействием.

Электризация трением и электризация соприкосновением

В результате трения о мех эбонит приобретает отрицательный заряд. Поднося эту палочку к бумажному султану, видим, как лепестки притягиваются к ней

Электризация через влияние (наведение)

Электрометр

ОПЫТ ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЗАРЯДА
В замкнутой системе алгебраическая сумма электрических зарядов остается постоянной .Замкнутой системой называется система тел, из которой заряды не уходят и в которую заряженные тела или заряженные частицы не поступают.

Основной закон электростатики был экспериментально установлен французским учёным Ш. Кулоном в 1785 году
КУЛОН (Coulomb) Шарль Огюстен (1736-1806), французский инженер и физик, один из основателей электростатики. Исследовал деформацию кручения нитей, установил ее законы. Изобрел (1784) крутильные весы и открыл (1785) закон, названный его именем. Установил законы сухого трения. Его экспериментальные исследования имели основополагающее значение для формирования учения об электричестве и магнетизме, член Парижской академии наук.

Точечные заряды
Закон Кулона количественно описывает взаимодействие заряженных тел.
Он является фундаментальным законом, то есть установлен при помощи эксперимента и не следует ни из какого другого закона природы.
Он сформулирован для неподвижных точечных зарядов в вакууме.
В реальности точечных зарядов не существует, но такими можно считать заряды, размеры которых значительно меньше расстояния между ними.

Схема опыта Кулона

Математическая запись закона Кулона
Кулоновская сила направлена вдоль прямой, соединяющей оба точечных заряда, подчиняется III закону Ньютона

Коэффициент пропорциональности в системе СИ
электрическая постоянная.
в воздухе ,
в вакууме
для любой среды
электрическая постоянная среды или диэлектрическая

Диэлектрическая проницаемость среды - физическая величина , характеризующая электрические свойства вещества и показывающая ,во сколько раз сила взаимодействия зарядов в данной среде меньше силы их взаимодействия в вакууме.

масса электрона равна:
me = 9,11∙10–31 кг.
минимально возможный (по модулю) электрический заряд, называемый элементарным зарядом. Его значение:
e = 1,602177·10–19 Кл ≈ 1,6·10–19 Кл.

Поверхностная плотность заряда
Поверхностная плотность заряда. Используется для описания распределения заряда по поверхности тела:
где: S – площадь поверхности тела. Измеряется в Кл/м2.

Два одинаковых маленьких металлических шарика притягиваются с некоторой силой. Шарики привели в соприкосновение и раздвинули на расстояние в 2 раза большее, чем прежде. При этом модуль силы взаимодействия уменьшился в 5 раз. Найти величину заряда первого шарика до соприкосновения, если второй имел заряд 1,6 нКл.

Самостоятельная работа
ЗАКОН КУЛОНА
Записать фамилию и
номер варианта

ЗАДАЧА 1 (образец)
Два одинаковых шарика, имеющих заряды 3е и – 7е привели в соприкосновение и развели в стороны. Каков стал заряд на шариках?
Дано: Решение
Q1 = 3e Q1 + Q2 = q1 + q2 q1 = q2
Q2 = - 7e q1 = (Q1 + Q2 ):2
q1 , q2 - ? q1 = q2 = (3е – 7е):2 = - 2е

ЗАДАЧА 1
Каков стал заряд на шариках после соприкосновения?
вариант 1 вариант 2
1) q1 = 5e q2 = -9e 1) q1 = e q2 = 9e
2) q1 = 0 q2 = -10e 2) q1 = -4e q2 = -2e
3) q1 = - 3,5·10 Кл 3) q1 = +7,6·10 Кл
q2 = - 1,5·10 Кл q2 = - 1,6·10 Кл
-10
- 10
- 12
- 12

Как будет направлена сила, действующая на заряд + q , помещенный в точки А и С
Вариант 1
ЗАДАЧА 2
•
•
•
•
А
С
+q
-q

ЗАДАЧА 3 (образец)

Дано: Решение
q1 = 0,2·10 Кл e= -1,6·10 Кл
q2 = -3,6·10 Кл
n - ?
-8
-9
-19
Решение

Два шара, имеющих заряды
Вариант 1 Вариант 2
q1 = 2,4·10 Кл q1 = -5,3·10 Кл
q2 = -6,6·10 Кл q2 = -0,3·10 Кл
привели в соприкосновение и удалили друг от друга. Найти число избыточных электронов.
ЗАДАЧА 3
-12
-12
-14
-14

ЗАКОН КУЛОНА

ЗАДАЧА 4 (образец)
С какой силой взаимодействуют два точечных заряда 10нКл и 15нКл, находящихся на расстоянии 5см друг от друга?

Дано: Си Решение
q1 = 10нКл 10·10 Кл
q2 = 15нКл 15·10 Кл
r = 5см 0,05м
F - ?
Ответ:0,54мН
ЗАДАЧА 4 (образец)
-9
-9

Т А Б Л И Ц А П Р И С Т А В О К
9
6
3
- 9
- 6
- 3

ЗАДАЧА 4
Вариант 1
Определите силу взаимодействия между зарядами 9нКл и 2,4мкКл, находящихся на расстоянии 2,4мм.
Вариант 2
Определите силу взаимодействия между зарядами 3,6нКл и 8нКл, находящихся на расстоянии 1,5см.

Вариант 1
На каком расстоя-нии находятся заряды 2нКл и
5 нКл, если они взаимодействуют друг с другом с силой 9мН?
Вариант 2
Два одинаковых заряда взаимо-действуют друг с другом с силой 0,4мН, находясь на расстоянии 5см друг от друга. Чему равен каждый заряд?
ЗАДАЧА 5

На рисунке изображено взаимное расположение трех точечных зарядов q1 = +2,0·10–6 Кл, q2 = –2,0·10–6 Кл и q0 = +4,0·10–6 Кл и указаны расстояния между зарядами. Определите модуль и направление результирующей силы, действующей на заряд q0 со стороны зарядов q1 и q2.
Решение
F = 2F10 sin α = 2·0,6·F10 = 0,35 Н.