Взаимодействие зарядов. Закон Кулона

Основным понятием электростатики является заряд.

Заряд — физическая величина, свойство частиц или тел, обнаруживающееся при взаимодействии с другими заряженными телами и/или электромагнитными полями.

Остановимся на взаимодействии зарядов. В школьной физике в качестве взаимодействующих зарядов выбираются материальные точки (МТ) или шарообразные тела.

Как уже говорилось ранее, заряды бывают двух видов: положительные и отрицательные. Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые притягиваются. 

Закон Кулона

Рис. 1. Закон Кулона

Наличие взаимодействия между телами говорит о наличии силы взаимодействия. Данная сила называется силой Кулона или законом Кулона:

\displaystyle {{\vec{F}}_{k}}=k\frac{{{q}_{1}}{{q}_{2}}}{{{r}^{3}}}\vec{r} (1)

  • где
    • \displaystyle {{\vec{F}}_{k}} — сила Кулона,
    • \displaystyle {{q}_{1}}\displaystyle {{q}_{2}} — взаимодействующие заряды,
    • \displaystyle r — расстояние между центрами взаимодействующих зарядов
    • \displaystyle k\approx 9*{{10}^{9}}  Н*м\displaystyle ^{2}/Кл\displaystyle ^{2} — постоянная, характерная для взаимодействия зарядов в вакууме/воздухе.

Выражение (1) является векторным, соответственно рассмотрим модуль и направление силы. Модуль силы:

\displaystyle \left| {{{\vec{F}}}_{k}} \right|=k\frac{\left| {{q}_{1}} \right|\left| {{q}_{2}} \right|}{{{r}^{3}}}\left| {\vec{r}} \right|=k\frac{\left| {{q}_{1}} \right|\left| {{q}_{2}} \right|}{{{r}^{2}}} (2)

Направление силы определяется по знаку взаимодействующих зарядов: одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые — притягиваются (рис. 1). Силы \displaystyle {{{\vec{F}}}_{12}} и \displaystyle {{{\vec{F}}}_{21}} — являются силами Кулона, действующие со стороны первого заряда на второй и со стороны второго на первый соответственно.

Пользуясь третьим законом Ньютона, можно заметить, что \displaystyle \left| {{{\vec{F}}}_{21}} \right|=\left| {{{\vec{F}}}_{12}} \right|.

Немного слов о постоянной \displaystyle k. В общем виде, эту постоянную можно записать как:

\displaystyle k=\frac{1}{4\pi \varepsilon {{\varepsilon }_{0}}} (3)

В случае воздуха или вакуума, \displaystyle \varepsilon =1, тогда \displaystyle k\approx 9*{{10}^{9}}  Н*м\displaystyle ^{2}/Кл\displaystyle ^{2}.

Добавить комментарий