Тема 3. Електростатичне поле у вакуумі та діелектриках.
Електричний заряд. Дискретність заряду. Електризація тіл. Закон збереження електричного заряду. Закон Кулона
Електростатика - це розділ фізики, який вивчає взаємодію нерухомих електричних зарядів і властивості постійного електричного поля.
Електричний заряд (кількість електрики) q (ф.в.)
1. Електричний заряд - це характеристика джерела електричного поля.
2. Визначення. Електричний заряд - це фізична величина, яка визначає інтенсивність електричної взаємодії.
3. Електричний заряд - це скалярна величина, але буває додатною або від'ємною.
| Рисунок 10.1 Перерозподіл зарядів при взаємодії тіл. |
(е =1,6∙10-19 Кл)
5. [ q ]=Кл (Кулон)
6. 1 Кл - це заряд, що протікає через переріз провідника за 1 с при силі струму 1 Ампер.
Властивості електричних зарядів
1. Існує два види зарядів - додатній (позитивний) «+» та від'ємний (негативний) «-».
Наприклад: Від'ємний заряд отримують при натиранні ебоніту хутром. Додатній заряд отримують при натиранні скла шовком або папером.
2. Різнойменні заряди притягуються,однойменні заряди відштовхуються.
3. Заряди можна ділити (Рисунок 10.1). Навпіл заряд, який має металеве тіло, можна розділити, доторкнувшись до нього таким самим тілом.
Якщо ж до тіла доторкнутись металевим тілом іншого розміру, то більше тіло забере більший заряд.
4. Заряд має дискретні властивості. Дискретні властивості заряду проявляються у тому, що його не можна нескінченно ділити, бо існує елементарний (найменший) заряд електрона (е =-1,6·10-19 Кл) і елементарний додатній заряд - заряд протона (qр =1,6·10-19Кл)
5. Електричний заряд інваріантна величина, тобто не залежить від системи відліку у якій він розглядається.
6. Заряд величина адитивна, тобто заряд системи зарядів дорівнює алгебраїчній сумі зарядів, що входять до даної системи.
Електризація тіл (явище)
1. Знайомство з явищем. Якщо потерти ебонітову паличку хутром, то при натиранні вона отримує від'ємний заряд. Якщо зарядженою ебонітовою паличкою доторкнутися до металу, то метал отримує від'ємний заряд. Кажуть, метал наелектризувався. Електризацію палички і металу в даному випадку називають електризацією взаємодії.
Ще існує електризація впливом (або електризація через поле), наприклад: до незарядженої металічної кулі підносять (але не доторкуються) ебонітову паличку. При цьому на кулі заряди розподіляться. Якщо від'ємні заряди зняти дотиком руки і відвести паличку, то на кулі утвориться додатній заряд.
2. Визначення явища. Електризація - це передача тілу електричного заряду.
3. Умови протікання явища. Для протікання явища потрібно обов'язково мати декілька тіл. Наелектризувати тіло без взаємодії з іншими тілами неможливо.
4. Математичний опис..........................
5. Електризація пояснюється переходом електронів з одного тіла на інше. Якщо нейтральне тіло приймає електрони, то воно отримує від'ємний заряд. Якщо віддає електрони - то отримує додатній заряд.
Закон збереження заряду
1. Встановлює, що відбувається з зарядом у замкненій системі.
2. Визначення. В замкненій системі алгебраїчна сума зарядів постійна величина.
3. q1+q2+... +qn = соnst
4. Межі застосування закону - це замкнені системи, тобто системи, в яких відсутня електрична взаємодія з сторнніми тілами.
Наприклад: електризація взаємодією відбувається у замкненій системі, а електризація впливом у незамкненій.
Закон Кулона (1785р.)
1. Встановлює від чого і як залежить сила взаємодії двох точкових зарядів.
| Рисунок 10.2 До пояснення закону Кулона. |
2. Визначення. Сила, з якою взаємодіють два точкові заряди пропорційна добутку цих зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.3. 
, де ε0 - електрична стала; ε - діелектрична проникність речовини; k =9∙109 Н∙м2/Кл2; q1 і q2 – заряди, що взаємодіють; R відстані між центрами заряджених тіл.
У векторній формі закон Кулона має вигляд 
, де F12 - сила, що діє на заряд q1 з боку заряду q2, r12 – радіус-вектор, що з'єднує заряд q2 з зарядом q1, 
(рисунок 10.2). На заряд q2 зі сторони заряду q1 діє сила. 
4. Межі застосування закону. Закон застосовують для точкових зарядів або рівномірно заряджених куль, які знаходяться у спокої відносно одна одної.
* Точковий заряд - це заряджене тіло, розмірами якого можна знехтувати.
Електрична стала ε0 (коефіцієнт)
1. Електрична стала - це характеристика електромагнітної взаємодії.
2. Визначення. ……..
3. Електрична стала – це скалярна величина.
4. ξ0 = 8,854∙10-12
5. [ ξ0 ] = Ф/м (Фарад/метр)
Діелектрична проникність речовини ε (ф.в.)
1. Діелектрична проникність речовини - це характеристика електричних властивостей речовини.
2. Визначення. Діелектрична проникність речовини - це фізична величина, яка показує, у скільки разів речовина послаблює електричне поле у порівнянні з вакуумом.
3. Діелектрична проникність речовини - це скалярна величина.
4. Діелектрична проникність речовини - це таблична величина. Її можна обчислити за формулами ε=F0/F; ε=Е0/Е, де F0 – сила взаємодії зарядів у вакуумі; F - – сила взаємодії зарядів у речовині; Е0 – напруженість електричного поля у вакуумі; Е - напруженість електричного поля у речовині.
5. [ ε ] = 1
