Электрический заряд и закон Кулона

Опубликовано 21.01.2010 Ведущий Антон Степанов

Говоря об электронике, радиотехнике и многочисленных электронных приборах и компонентах мы редко задумываемся об основных понятиях электричества, тех вещах, что составляют базис этой науки. К ним, например, относится само понятие электрического заряда.
Все помнят простые опыты с возникновением заряда у стеклянной или эбонитовой палочки при их трении о шелк и шерсть. Давайте, в краце, вспомним, что это такое.
Итак, электрический заряд - это свойство тела, дающее ему возможность быть источником электрического поля, а так же вступать в электромагнитные взаимодействия. Носителями заряда являются заряженные элементарные частицы, т.е. хорошо знакомые, отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные протоны, а так же некоторые другие заряженные частицы - кварки. Заряд может делиться, но только до размеров заряда элементарной частицы.
В электрически замкнутой системе, алгебраическая сумма зарядов остается постоянной. Это правило является законом сохранения заряда. Заряд может делится между телами, например при непосредственном контакте.
С понятием заряда связано деление материалов на проводники, полупроводники и диэлектрики. Первые, проводники, имеют много свободных зарядов, которые могут перемещаться по всему объему. Диэлектрики напротив, свободных зарядов почти не имеют. А полупроводники занимают промежуточное положение.
Заряд можно измерить, его единица измерения в системе СИ называется Кулон, по имени французского исследователя Шарля Кулона.
Кулон так же изучал взаимодействия зарядов и пришел к выводу, что сила взаимодействия между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорциональна зарядам q1 и q2 и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними, где k - коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц. В СИ k ? 8,98·10~9 Н·м2/Кл2. Этот закон так же назван именем его автора.
Сила, о которой в нем говорится, является силой отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силой притяжения при разноименных зарядах. Практически закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними, т.е. можно считать заряды точечными. Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Раздел электродинамики, изучающий это взаимодействие, называют электростатикой.
Какой физический смысл этой единицы измерения заряда, т.е. кулон? Один кулон равен заряду, проходящему через поперечное сечение проводника при силе тока 1А за 1Сек. Каждый может относительно оценить, например напряжение, т.е. сказать большое, по его мнению или маленькое напряжение в 1В, хотя бы отталкиваясь от известного напряжения в электросети. А вот большой или маленький заряд, который равен одному кулону? В простом человеческом понимании этот заряд действительно велик. Заряд на шарике, который мы потерли о шерсть, волосы или синтетику на многие порядки меньше, чем один кулон. А минимальны отрицательный заряд - заряд электрона равен 1,6 * 10~-19 Кл.
Что нам еще известно о заряде? Заряженные тела создают электрическое поле, которое действует на окружающие заряженные тела. Так же упомянем, что он не зависит от систем отсчета, т.е. заряд не может меняться в зависимости от того движется он или нет. Итак, мы вспомнили главное об одном из базисных понятий электричества - электрическом заряде.