Какой заряд называется точечным?

Какой заряд называется точечным

То́чечный заря́д — идеализация, вводимая для упрощения описания поля заряженного тела или системы тел. Иногда также определяется как электрически заряженная материальная точка.

Более простыми словами, точечный заряд — заряд, размерами носителя которого по сравнению с расстоянием, на котором рассматривается электростатическое взаимодействие, можно пренебречь.

Именно для точечных зарядов сформулирован закон Кулона.

Эквивалентность сферически симметрично распределённого заряда точечному

В силу Теоремы Остроградского — Гаусса поле сферически симметрично распределённого заряда (например, равномерно заряженного шара) в любой точке эквивалентно полю точечного заряда, помещённого в центр сферической симметрии и равного заряду, находящемуся внутри сферы, имеющей центр в центре симметрии распределения и проходящей через точку, где производится измерение. В частности, поле равномерно заряженного шара за пределами его поверхности равно полю точечного заряда той же величины, находящемуся в центре шара, а поле сферически симметричной оболочки внутри этой оболочки равно нулю.

Рисунок 1.1.2. Прибор Кулона

Рисунок 1.1.3. Силы взаимодействияодноименных и разноименныхзарядов

На основании многочисленных опытов Кулон установил следующий закон:

Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:

Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона: Они являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках (рис. 1.1.3). Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Раздел электродинамики, изучающий кулоновское взаимодействие, называют электростатикой.

Закон Кулона справедлив для точечных заряженных тел. Практически закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними.

Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона зависит от выбора системы единиц. В Международной системе СИ за единицу заряда принят кулон (Кл).

Кулон – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А. Единица силы тока (ампер) в СИ является наряду с единицами длины, времени и массы основной единицей измерения.

Коэффициент k в системе СИ обычно записывают в виде:

где – электрическая постоянная.

В системе СИ элементарный заряд e равен:

e = 1,602177·10 –19 Кл ≈ 1,6·10 –19 Кл.

Опыт показывает, что 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. 1.1.4 поясняет принцип суперпозиции на примере электростатического взаимодействия трех заряженных тел.

Рисунок 1.1.4. Принцип суперпозиции электростатических сил

Модель. Взаимодействие точечных зарядов

Принцип суперпозиции является фундаментальным законом природы. Однако, его применение требует определенной осторожности, в том случае, когда речь идет о взаимодействии заряженных тел конечных размеров (например, двух проводящих заряженных шаров 1 и 2). Если к системе из двух заряженных шаров поднсти третий заряженный шар, то взаимодействие между 1 и 2 изменится из-за перераспределения зарядов.

Принцип суперпозиции утверждает, что при заданном (фиксированном) распределении зарядов на всех телах силы электростатического взаимодействия между любыми двумя телами не зависят от наличия других заряженных тел.

Дата добавления: 2016-01-29 ; просмотров: 408 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

В лаборатории FotoHunter+ можно заказать печать фотографий через интернет

Точечный и распределенный заряды

Идеальной физической моделью заряда в электростатике является точечный заряд.

Точечным зарядом называется заряд, сосредоточенный на теле, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием до других тел или до рассматриваемой точки поля. Иными словами, точечный заряд — это материальная точка, которая имеет электрический заряд.

Если заряженное тело настолько велико, что его нельзя рассматривать как точечный заряд, то в этом случае необходимо знать распределение зарядов внутри тела.

Выделим внутри заряженного тела малый объем ΔV и обозначим через Δq электрический заряд, находящийся в этом объеме. Предел отношения (

frac<Delta q><Delta V>), когда объем ΔV неограниченно уменьшается, называют объемной плотностью электрического заряда в данной точке. Обозначают ее буквой ρ:

Единицей объемной плотности заряда ρ в СИ является кулон на кубический метр (Кл/м 3 ).

В случае неравномерно заряженного тела плотность различна в разных точках. Распределение заряда в объеме тела задано, если известно ρ как функция координат.

В металлических телах заряды распределяются только внутри тонкого слоя, прилегающего к поверхности. В этом случае удобно пользоваться поверхностной плотностью заряда σ, которая представляет собой предел отношения заряда к площади поверхности, по которой распределен этот заряд:

где Δq — заряд, находящийся на участке поверхности площадью ΔS.

Следовательно, поверхностная плотность заряда измеряется зарядом, приходящимся на единицу поверхности тела. Распределение зарядов по поверхности описывается зависимостью поверхностной плотности σ(x, y, z) от координат точек поверхности.

Единицей поверхностной плотности заряда σ в СИ является кулон на квадратный метр (Кл/м 2 ).

В том случае, если заряженное тело по форме представляет собой нить (диаметр поперечного сечения тела много меньше его длины), удобно использовать линейную плотность заряда (

au = lim_ <Delta l o 0>frac<Delta q><Delta l>), где Δq — заряд, находящийся на длине Δl тела.

Единицей линейной плотности заряда τ в СИ является кулон на метр (Кл/м).

Если известно распределение зарядов внутри тела, то можно вычислить напряженность электростатического поля, создаваемого этим телом. Для этого заряженное тело мысленно разбивают на бесконечно малые части и, рассматривая их как точечные заряды, вычисляют напряженность поля, создаваемую отдельными частями тела. Суммарную напряженность поля находят затем суммированием (

vec E_i) полей, создаваемых отдельными частями тела, т.е.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *