Основной закон электростатики

Закон взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов экспериментально установлен в 1785 г. французским физиком Ш. Кулоном с помощью крутильных весов. Поэтому силы электростатического взаимодействия часто называют кулоновскими силами. Этот закон формулируется следующим образом: сила взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорциональна произведению модулей этих зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и направлена вдоль соединяющей их прямой.

Закон Кулона в векторной форме записывается в виде

или

(1.2)

где сила, действующая на заряд со стороны заряда ; радиус-вектор, соединяющий заряд с зарядом ; ; коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц физических величин. На заряд со стороны заряда действует сила , т.е. взаимодействие электрических точечных зарядов подчиняется третьему закону Ньютона (рис. 1.1).

В скалярной форме закон Кулона имеет следующий вид:

Коэффициент пропорциональности k в СИ равен

где , или электрическая постоянная. Тогда Закон Кулона в СИ обычно записывают в виде

(1.3)

Если взять два точечных электрических заряда по 1 Кл и расположить их на расстоянии 1 м в вакууме, то, пользуясь (1.3), получим:

Отсюда можно дать следующее определение единице электрического заряда кулону: 1 Кл – это такой точечный электрический заряд, который действует в вакууме на равный ему точечный заряд, расположенный на расстоянии 1 м, с силой Н. Следовательно, 1 Кл – это очень большой по величине заряд; в опытах имеют дело с телами, заряды которых составляют милликулон (мКл), микрокулон (мкКл), нанокулон (нКл).

Если неподвижные точечные электрические заряды взаимодействуют в какой-либо среде (масле, керосине и т.п.), то сила взаимодействия между ними определяется выражением

(1.4)

где диэлектрическая проницаемость среды ( ); сила взаимодействия между теми же зарядами в вакууме. Следовательно, это безразмерная физическая величина, показывающая, во сколько раз кулоновское взаимодействие между двумя точечными электрическими зарядами в данной среде меньше, чем в вакууме.