Физика

Тела приобретают электрический заряд вследствие перераспределения между ними электронов: тело, получившее избыток электронов, заряжается отрицательно, тело, потерявшее часть электронов, — положительно. В Международной системе единиц заряд измеряется в кулонах (1 Кл).

Элементарный заряд численно равен заряду электрона:

e = 1,6 ⋅ 10⁻¹⁹ Кл.

Закон сохранения электрического заряда: алгебраическая сумма электрических зарядов замкнутой системы остается неизменной при любых процессах, происходящих внутри нее, т.е.

q ₁ + q ₂ + … + q _n = const,

где q ₁, q ₂, …, q _n  — заряды тел, входящих в состав замкнутой системы.

Точечный заряд — заряд, сосредоточенный на теле, линейные размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других заряженных тел, с которыми он взаимодействует.

Два неподвижных точечных заряда q ₁ и q ₂ действуют друг на друга с силой, модуль которой вычисляется по закону Кулона:

$F=\frac{k\left|q_1{q}_2\right|}{\epsilon r^2}$,

где k — коэффициент пропорциональности (в Международной системе единиц), $k=\frac{1}{4\pi {\epsilon }_0}=\mathrm{9,0}\cdot {10}^9$ Н ⋅ м²/Кл²; ε₀ — электрическая постоянная, ε₀ = 8,85 ⋅ 10⁻¹² Кл²/(Н ⋅ м²), или ε₀ = 8,85 ⋅ 10⁻¹² Ф/м; ε — диэлектрическая проницаемость среды, в которой находятся заряды; r — расстояние между точечными зарядами.

Сила Кулона, направленная по линии, соединяющей заряды, является

• силой отталкивания, если заряды q ₁ и q ₂ — одноименные (имеют одинаковые знаки);
• силой притяжения, если заряды q ₁ и q ₂ — разноименные (имеют разные знаки).

Электрическое поле — форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между заряженными телами.

Напряженность электростатического поля в данной точке пространства — векторная физическая величина, определяемая отношением силы, действующей со стороны поля на точечный электрический заряд, помещенный в данную точку, к величине этого заряда:

$\overrightarrow{E}=\frac{\overrightarrow{F}}{q}$,

где $\overrightarrow{F}$ — сила, действующая на заряд q.

Направление вектора напряженности совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд со стороны данного поля.

В Международной системе единиц напряженность электростатического поля измеряется в вольтах, деленных на метр (1 В/м), или в ньютонах, деленных на кулон (1 Н/Кл).

Потенциал электростатического поля в данной точке пространства — скалярная физическая величина, определяемая отношением потенциальной энергии взаимодействия точечного электрического заряда, помещенного в данную точку, с полем к величине этого заряда:

$\phi =\frac{W_p}{q}$,

где W _p  — потенциальная энергия взаимодействия поля и заряда q.

В Международной системе единиц потенциал электростатического поля измеряется в вольтах (1 В).

В зависимости от концентрации свободных электронов тела делятся

• на проводники — тела, имеющие достаточно высокую концентрацию свободных электронов, способных перемещаться по всему объему тела (например, металлы, расплавленные соли, растворы кислот и т.п.);
• диэлектрики — тела, имеющие сравнительно низкую концентрацию свободных свободных электронов (например, стекло, пластмассы и т.п.);
• полупроводники — тела, занимающие промежуточное положение между проводниками и диэлектриками (например, кремний, германий и т.п.).

Величина концентрации свободных электронов определяет качественно различное поведение тел в электрических полях.

Уединенный проводник — проводник, который удален от других проводников и заряженных тел на такое расстояние, на котором электростатическим взаимодействием данного проводника с указанными телами можно пренебречь.

Конденсатор представляет собой два проводящих тела, заряженных одинаковыми по величине, но разными по знаку зарядами, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга (обкладки); пространство между обкладками конденсатора может быть заполнено диэлектриком.

Электрическая емкость конденсатора — скалярная физическая величина, равная отношению заряда Q, накопленного в конденсаторе, к разности потенциалов φ₁ − φ₂ между его обкладками:

$C=\frac{Q}{{\phi }_1-{\phi }_2}$.

Электроемкость данного конденсатора является постоянной величиной и определяется его геометрическими параметрами, а также электрическими свойствами среды, заполняющей пространство между его обкладками. В Международной системе единиц электрическая емкость (электроемкость) измеряется в фарадах (1 Ф).