Закон Кулона

Все тела в природе способны электризоваться, т.е. приобретать электрический заряд. Наличие этого заряда проявляется в том, что заряженное тело взаимодействует с другими заряженными телами. Имеется два вида электрических зарядов, условно называемых положительными и отрицательными. Заряды одного знака отталкиваются, разных знаков – притягиваются друг другом. Электрический заряд является неотъемлемым свойством некоторых элементарных частиц. Элементарный заряд е=1,6∙10^-19 Кл. К числу элементарных частиц принадлежат, в частности, электрон (несущий отрицательный заряд –е), протон (несущий положительный заряд е) и нейтрон, его заряд равен нулю.

Одним из фундаментальных законов природы является экспериментально установленный закон сохранения электрического заряда. В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной:

Закон сохранения электрического заряда утверждает, что в замкнутой системе тел не могут наблюдаться процессы рождения или исчезновения зарядов только одного знака.

Закон, которому подчиняется сила взаимодействия точечных зарядов, был установлен экспериментально в 1785 г. Кулоном. С помощью крутильных весов Кулон измерял силу взаимодействия двух заряженных шариков в зависимости от величины зарядов и от расстояния между ними (рис 1.1). При этом он исходил из того, что при касании к заряженному металлическому шарику точно такого же незаряженного заряд между ними распределяется поровну. Точечным зарядом называется заряженное тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстояниями от этого тела до других тел, несущих электрический заряд.

Рис 1.1

В результате своих опытов Кулон пришел к выводу, что сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов пропорциональна величине каждого из зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Направление силы совпадает с соединяющей заряды прямой (рис 1.2).

Здесь k – коэффициент пропорциональности, который зависит от выбора системы единиц( в системе СИ , где ε₀ – электрическая постоянная; ε₀=8,85∙10^-12 Ф/м), q₁ и q₂ – величины взаимодействующих зарядов, r – расстояние между зарядами.

Рис 1.2

Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона: Они являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках (рис. 1.2). Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Раздел электродинамики, изучающий кулоновское взаимодействие, называют электростатикой.

Опыт дает, что сила взаимодействия двух данных зарядов не изменяется, если вблизи них поместить еще какие-либо заряды. Силы кулоновского взаимодействия подчиняются принципу суперпозиции. Если заряженное тело взаимодействует одновременно с несколькими заряженными телами, то результирующая сила, действующая на данное тело, равна векторной сумме сил, действующих на это тело со стороны всех других заряженных тел (рис 1.3).

Рис. 1.3