Щільність електричного заряду
Під щільністю заряду розуміється його кількість на одиницю довжини, площі або об’єму простору. У зв’язку з цим говорять про трьох типах його щільності: лінійної, поверхневої та об’ємної. Оскільки існує два види заряду, щільність також може бути позитивною і негативною.
Незважаючи на те, що електричний заряд квантован, тобто є дискретним, в ряді дослідів і процесів кількість його носіїв настільки велике, що можна вважати, що вони розподілені по тілу рівномірно. Це хороше наближення дозволяє отримати ряд важливих експериментальних законів для електричних явищ.
Закон Кулона
Досліджуючи на крутильних вагах поведінку двох точкових зарядів, тобто таких, для яких відстань між ними значно перевищує їх розміри, Шарль Кулон у 1785 році відкрив закон взаємодії між електричними зарядами. Цей закон вчений сформулював наступним чином:
Величина кожної сили, з якою взаємодіють два точкових заряди в спокої, прямо пропорційна добутку їх електричних зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані, що розділяє їх. Сили взаємодії направлені вздовж лінії, яка з’єднує заряджені тіла.
Зазначимо, що закон Кулона від виду зарядів не залежить: зміна знаку заряду лише змінить напрямок діючої сили на протилежне, зберігши при цьому її модуль. Коефіцієнт пропорційності в законі Кулона залежить від діелектричної постійної середовища, в якій розглядаються заряди.
Таким чином, формула для кулонівському сили записується в наступному вигляді: F = k*q1*q2/r2, де q1, q2 – величини зарядів, r – відстань між зарядами, k = 9*109 Н*м2/Кл2 – коефіцієнт пропорційності для вакууму.
Константа k через універсальну діелектричну постійну ε0 і діелектричну постійну матеріалу ε виражається наступним чином: k = 1/(4*pi*ε*ε0), тут pi – число пі, а ε > 1 для будь-якого середовища.
Закон Кулона не справедливий у наступних випадках:
- коли заряджені частинки починають рухатися, і особливо коли їх швидкості наближаються до близько світловим швидкостей;
- коли відстань між зарядами мало порівняно з їх геометричними розмірами.
Цікаво відзначити, що математичний вигляд закону Кулона збігається з таким для закону всесвітнього тяжіння, в якому роль електричного заряду грає маса тіла.
