3. Закон сохранения электрического заряда

При электризации тел выполняется очень важный закон – закон сохранения заряда³: в замкнутой системе⁴ алгебраическая сумма зарядов всех тел остается неизменной: .

Этот закон не утверждает, что суммарные заряды всех положительно и всех отрицательно заряженных частиц должны каждый в отдельности сохраняться, Суммарные положительный и отрицательный заряды при электризации могут увеличиваться, полный же электрический заряд остается неизменным. Нетрудно увидеть, что всегда сохраняется разность между общим числом всех положительных и отрицательных зарядов.

4. Основной закон электростатики – закон Кулона. Начало количественного изучения электромагнитных взаимодействий относится к концу XVIII века. В 1785 году французский физик Шарль Огюстен Кулон экспериментально установил основной закон электростатики – закон взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел или частиц. Только для точечных зарядов понятие расстояния между зарядами имеет определенный смысл.

Точечных зарядов в природе нет. Но если расстояние между телами во много раз больше их размеров, то, ни форма, ни размеры заряженных тел существенно, как показывает опыт, не влияют на взаимодействие между ними. В этом случае тела можно рассматривать как точечные. Закон всемирного тяготения тоже сформулирован для точечных тел.

Сила взаимодействия заряженных тел зависит от свойств среды между заряженными телами. Пока будем считать, что взаимодействие происходит в вакууме. Впрочем, опыт показывает, что воздух очень мало влияет на силу взаимодействия, она оказывается почти такой же, как в вакууме.

З акон кулона. Неподвижные точечные заряды и взаимодействуют в вакууме с силой F прямо пропорциональной произведению модулей зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния r между зарядами: .

В системе СИ: .

Границы применимости закона кулона.

1. Заряженные тела должны быть точечными: размеры тел много меньше расстояний между ними. Если же размеры и расстояния соизмеримы, то закон Кулона не применим. В этом случае необходимо мысленно «разбить» тело на такие малые объемы, чтобы каждый из них отвечал условию точечности. Суммирование сил, действующих между элементарными объемами, дает возможность определить электрическую силу.

2. Заряженные тела должны быть неподвижными, т.к. при движении заряженных тел проявляется действие магнитного поля, возникающего в результате этого движения.

Единица электрического заряда. Единицу заряда в системе СИ – кулон устанавливают с помощью единицы силы тока.

Один кулон – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А: .

Сообщить телу заряд в 1 Кл практически невозможно. Действительно из закона Кулона следует, что два точечных заряда в 1 Кл каждый, находящиеся на расстоянии 1 м друг от друга, взаимодействовали бы с силой, равной 9·10⁹ Н. Это вес груженого железнодорожного состава длиной примерно от Москвы до Санк-Петербурга!

5. Элементарный электрический заряд.

Во многих опытах было установлено, что все и известные элементарные частицы не имеют электрического заряда (т.е. нейтральны), либо имеют заряд, кратный по модулю заряду электрона. Поэтому модуль заряда электрона назвали элементарным электрическим зарядом. Модуль заряда электрона, т.е. элементарный электрический заряд, обозначается е.

Дискретность электрического заряда была доказана опытами Иоффе и Милликена. Ученые сделали вывод о существовании в природе частицы, имеющей наименьший заряд, который более не делится. Эту частицу назвали электроном. Модуль заряда электрона, т.е. элементарный электрический заряд равен 1,6·10^–19 Кл.

Элементарный электрический заряд – минимальный заряд, которым обладают все заряженные элементарные частицы.

Элементарные частица – частицы, которые неделимы на более простые частицы (электрон, протон, нейтрон и т.п.) Заряды элементарных частиц различаются лишь знаками. Отделить часть заряда, например у электрона невозможно.

q = -1.6 *10^-19 Кл- заряд электрона ;

q = 1.6 *10^-19 Кл- заряд протона