Зовнішнє незалежне оцінювання - комплексне видання
Частина I НАВЧАЛЬНИЙ ДОВІДНИК — З ПРИКЛАДАМИ ТА ЗАВДАННЯМИ
ЕЛЕКТРОДИНАМІКА
1. ОСНОВИ ЕЛЕКТРОСТАТИКИ
1.1. ЕЛЕКТРИЧНИЙ ЗАРЯД. ЗАКОН КУЛОНА
1.1.1. ЕЛЕКТРИЧНИЙ ЗАРЯД. ВЛАСТИВОСТІ ЕЛЕКТРИЧНОГО ЗАРЯДУ
Електричний заряд q — фізична величина, яка характеризує властивість частинок або тіл вступати в електромагнітну взаємодію.
✵ Одиниця електричного заряду в СІ — кулон (Кл):
[q] = Кл.
1 кулон — це заряд, який проходить через поперечний переріз провідника за 1 с, якщо сила струму в провіднику 1 А:
1 Кл = 1 А ∙ с.
Основні властивості електричного заряду:
1) Існують два роди електричних зарядів — позитивні та негативні. Електричний заряд такого роду, як заряд, отриманий на ебонітовій паличці, потертій об вовну, прийнято за негативний; а такого роду, як заряд, отриманий на скляній паличці, потертій об папір, — за позитивний.
2) Тіла, які мають заряди одного знака, відштовхуються; тіла, які мають заряди протилежних знаків, притягуються.
3) Носієм електричного заряду є частинка — електричного заряду без частинки не існує.
4) Електричний заряд є дискретним, тобто електричний заряд будь-якого зарядженого тіла дорівнює цілому числу найменших (елементарних) зарядів е :
q = Ne.
Носієм елементарного негативного заряду є електрон: q ел = -е = -1,6 ∙ 10-19Кл. Носієм елементарного позитивного заряду є протон:
qпр = e = 1,6 ∙ 10-19 Кл.
Перше досить точне вимірювання значення елементарного заряду здійснив американський фізик Роберт Міллікен під час дослідів 1906- 1916 рр. Він вивчав рух дрібних крапельок олії в електричному полі.
Прилад для виявлення та якісного оцінювання електричного заряду називають електроскопом (рис. 1.1, а).
✵ Будова та принцип дії електроскопа. Коли до кондуктора 1 торкаються досліджуваним зарядженим тілом, то частина заряду тіла по металевому стрижню 2 переходить на смужки 3. Однойменно заряджені тіла відштовхуються, тому кінці смужок розходяться. Коли електроскоп незаряджений, то смужки розташовані вертикально.
Якщо смужки електроскопа замінити легкою металевою стрілкою, а на корпусі розмістити шкалу, то отримаємо прилад, який називають електрометром (рис. 1.1, б).
Рис. 1.1
Закон збереження заряду: алгебраїчна сума зарядів усіх тіл ізольованої системи залишається незмінною за будь-яких процесів чи явищ усередині системи:
q1 + q2 +... + qn= const
або
q01 + q02 +...+q0n = q1 + q2 + ... + qn.
1.1.2. ВЗАЄМОДІЯ ЗАРЯДІВ. ЗАКОН КУЛОНА
Електричні заряди називають точковими, якщо розподілені на тілах, лінійні розміри яких значно менші, ніж будь-які інші розміри в даній задачі.
Закон Кулона: модуль сили електростатичної взаємодії між двома точковими зарядами q1, і q2, які містяться у вакуумі, прямо пропорційний добутку модулів їхніх зарядів і обернено пропорційний квадрату відстані r між ними (рис. 1.2).
Рис. 1.2
F = k ∙ 
, 
= -
.
Коефіцієнт пропорційності в законі Кулона (k) — величина, яка чисельно дорівнює силі взаємодії двох точкових зарядів по 1 Кл кожний, що розташовані на відстані 1 м один від одного у вакуумі:
k = 9 ∙ 109
✵ У діелектриках сила взаємодії зменшується в є разів:
F = k ∙ 
,
де 
— діелектрична проникність середовища. У теорії електрики k замінюється на k = 
, де 0 = 8,85 ∙ 10-12 
— електрична стала.