Теория:
В \(1785\) году французский физик Шарль Огюстен де Кулон установил закон, показывающий, от чего зависит взаимодействие неподвижных точечных зарядов.
Точечный заряд — это идеализированная модель электрического заряда, которая используется в физике для упрощения анализа электрических полей и взаимодействий.
Закон Кулона гласит, что сила взаимодействия между двумя точечными зарядами прямо пропорциональна произведению величин этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Рис. \(1\). Взаимодействие двух точечных зарядов |
Закон Кулона имеет математическую форму: \(\boxed{F=k\frac{|q_1·q_2|}{r^2}}\). (\(1\))
Обрати внимание!
1. К электростатическим силам применим третий закон Ньютона (\(\vec{F}_{12}=-\vec{F}_{21}\)).
2. Для электростатических сил справедлив принцип суперпозиции.
Рис. \(2\). Изображение электростатических сил
Постоянные величины в законе Кулона (СИ):
\(\boxed{k=\frac{1}{4\pi \varepsilon_0}=9·10^9 \ \frac{Н·м^2}{Кл^2}}\), (\(2\))
фундаментальная электрическая постоянная:
\(\boxed{\varepsilon_0=8,85·10^{-12} \ \frac{Кл^2}{Н·м^2}}\). (\(3\))
При взаимодействии зарядов в среде в закон Кулона включается величина, отвечающая за среду, — диэлектрическая проницаемость среды.
Диэлектрическая проницаемость среды — скалярная физическая величина, показывающая, во сколько раз сила взаимодействия зарядов в среде меньше, чем в вакууме. Обозначение: \(ε\) (эпсилон).
Закон Кулона в среде принимает вид: \(\boxed{F=k\frac{|q_1·q_2|}{\varepsilon r^2}}\). (\(4\))
В природе существует самый маленький электрический заряд, который есть у элементарных частиц. Если измерять его в системе СИ, то его величина (без учёта знака) составляет: \(e=1,6·10^{-19}\) Кл.
Проще говоря, любой заряд, который мы можем передать предмету, всегда будет складываться из этих минимальных кусочков. Это можно записать формулой:
\(\boxed{Q=n·e}\), (\(5\))
где \(n = 1, 2, …\),
размерность \([Q] = 1 \ Кл = 1 \ А·с\).
Конечно, если заряд самого предмета огромен по сравнению с этой крупицей, никто не проверяет, делится ли он нацело на \(1,6·10^{-19}\) — это просто ни к чему. Но когда речь заходит о микрочастицах (например, об электронах или ядрах атомов), там правило строгое: их заряд обязательно должен быть равен этому минимальному значению, умноженному на целое число.