Книга: Електрика і електростатика

Заряд протона буде рівний:

q =2 ⁄3 +2⁄3 -1 ⁄3 = 1

Кварки у вільному стані виявлені не були і як свідчить теорія вони у вільному стані існувати не можуть.

У природі всі речовини поділяються на провідники та діелектрики. Якщо речовина містить вільні елекрони, то вона є провідником, до них належать майже всі метали. Діелектрики не проводять електричний струм, вони не містять вільних елекронів. До діелектриків відносять, як правило, неметали. Існує також невелика група речовин, які називають напівпровідниками, вони розташовані між провідниками та діелектриками.

Оскільки заряд електрона незначний, то у фізиці величиною для вимірювання електричного заряду є кулон, названий на честь французького фізика Шарля Кулона ( 1736 – 1806 ). Заряд у один кулон еквівалентний сумарному заряду 6,242 ∙10¹⁸ електронів. Заряд одного електрона рівний 1,60219 10 ^–19 Кл, що є сталою величиною у фізиці.

б) методи вимірювання електричних зарядів.

Для вимірювання електричних зарядів використовують електроскоп.

Він складається із кулі, з’єднаної з двома тонкими пластинками із алюмінію чи золота. Якщо доторкнутися зарядженою паличкою до кулі то електричні заряди перейдуть на листочки, які заряджаються до однакових зарядів та будуть відштовхуватись один від одного. По величині кута відштовхування і вимірюють електричні заряди.

в) закон Кулона та принцип суперпозиції електричних полів.

Ми спостерігали, що електричні заряди діяли один на одний із певною силою.

Але як виміряти цю силу? Відповідь на це питання дав у 1785 році французький вчений Шарль Кулон. Якщо два точкові електричні заряди q₁ та q₂ розташовані на відстані r один від одного, так як на рисунку 6, то сила взаємодії між q ₁ q₂ двома точковими зарядами q₁ та q₂ rпрямопропорційна добутку їх зарядів та оберненопропорційна квадрату відстані між ними. Дане визначення відоме як закон Кулона, математично який записують так:

F=K· ( 1)

де К – це константа, яка залежить від середовища у якому розташовані електричні заряди. Для вакууму К= 8,986· 10⁹ Н· м² ⁄с² . Для повітря значення К майже не відрізняється від його значення у вакуумі.

Іноді закон Кулона записують так:

F= · ( 2 )

У формулі (2) константа К рівна: К= , а ε₀ називають універсальною діелектричною сталою, яка рівна ε₀ = 8,856 · 10¹² Ф/м² . Якщо заряди розташовані не у вакуумі чи повітрі, а у іншому середовищі, тоді буде інше значення сталої ε для цього середовища, а отже і інше значення К. Якщо розміри зарядів більші чим розміри точкових зарядів, закон Кулона використовувати не можна. Це стосується й відстані між зарядами, вона повинна бути значно більшою за розміри самих зарядів.

Якщо у нас є три чи більше точкових зарядів, то сила, яка діє на один із них, визначається як векторна сума сил, що діють з боку інших зарядів на певний вибраний електричний заряд. Математично це записують так:

( 3 )

Вираз під номером 3 математично виражає принцип суперпозиції електричних зарядів.

Електричне поле.

а) поняття електричного поля.

Вивчаючи закон Кулона ми встановили, що заряди q₁ та q₂ взаємодіють між собою із силою F. Виникає питання про те, як переноситься дана взаємодія між зарядами.

Майкл Фарадей ( 1791 – 1867 ), відомий англійський вчений, створив теорію електричного поля. Один із видів матерії – електричне поле розташоване навколо електричного заряду. Саме електричне поле, вважають, і переносить взаємодію між електричними зарядами.

Головною характеристикою електричного поля є напруженість поля . Напруженість електричного поля – це відношення сили , що діє на невеликий додатній пробний заряд q₀ до величини самого заряду q₀ :

= (4)

У системі СІ напруженість електричного поля вимірюється у ньютонах ділених на кулон: Н\Кл. дя того, щоб електричне поле пробного заряду не впливало на електричне поле досліджуваного заряду, його величина повинна бути мінімальна.

б) електричне поле точкового заряду.

Електричне поле точкового заряду ми визначаємо за допомогою закону Кулона та формули (4 ).

F=K·, тоді напруженість поля точкового заряду рівна:

= =