Физика

Предыдущая страница Физика Следующая страница

Взаимодействие заряженных тел. Закон Кулона

Опыты французского физика Ш. Дюфе показали, что тела, имеющие заряды противоположного (одинакового) знака, взаимно притягиваются (отталкиваются). При этом сила взаимодействия между наэлектризованными телами сложным образом зависит от формы наэлектризованных тел и характера распределения заряда на них. Поэтому не существует единой простой формулы, описывающей электростатическое взаимодействие для произвольного случая. И только для точечных зарядов закон взаимодействия записывается в достаточно простой форме.

Крутильные весы

Рис. 1

Закон взаимодействия точечных электрических зарядов был открыт в 1785 г. Ш. Кулоном с помощью крутильных весов. Крутильные весы (рис. 1) состоят из двух одинаковых шариков А и С; шарик А укреплен на коромысле, связанном с противовесом В и нитью L, верхний конец которой укреплен на крутильной головке T. Шарик С прибора укреплен на изолированном стержне и вводится внутрь прибора. Шарики А и С приводятся в соприкосновение, и так как шарики одинаковые, то заряд шарика С поровну распределяется между ними. Шарики отталкиваются друг от друга. По углу закручивания нити определяют силу взаимодействия заряженных шариков. Расстояние r между шариками измеряют по шкале, нанесенной на боковой поверхности цилиндра. Изменяя r и q, Ш. Кулон нашел, что

или, векторном виде,

— единичный вектор. Силы взаимодействия двух одноименно заряженных шариков изображены на рисунке 2.

Силы взаимодействия двух одноименно заряженных шариков

Рис. 2

Сила взаимодействия между двумя неподвижными точечными электрическими зарядами в вакууме прямо пропорциональна произведению величин зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль прямой, соединяющей эти заряды.

Закон Кулона справедлив и для заряженных шаров на любом расстоянии между их центрами, если объемная или поверхностная плотность заряда каждого из них постоянна. (Отметим, что в отличие от гравитационного электростатическое взаимодействие может приводить к притяжению и отталкиванию тел.)

Коэффициент пропорциональности k = 9·109 Н·м2/Кл2. Часто вместо k используют другую постоянную, называемую электрической постоянной

= 8,85·10-12 Кл2/(Н·м2). Тогда закон Кулона можно записать так:

Закон Кулона

Сила взаимодействия точечных неподвижных зарядов в среде с диэлектрической проницаемостью

Для вакуума и воздуха = 1, в любой другой среде сила взаимодействия уменьшается в раз.


Рейтинг@Mail.ru