Взаимодействие зарядов. Закон Кулона

§2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЗАРЯДОВ. ЗАКОН КУЛОНА

Электрические заряды взаимодействуют между собой, т.е. одноименные заряды взаимно отталкиваются, а разноименные притягиваются. Силы взаимодействия электрических зарядов определяются законом Кулона и направлены по прямой линии, соединяющей точки, в которых сосредоточены заряды.

Согласно закону Кулона, сила взаимодействия двух точечных электрических зарядов прямо пропорциональна произведению количеств электричества в этих зарядах, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и зависит от среды, в которой находятся заряды:

где F — сила взаимодействия зарядов, н (ньютон[2]),

q₁,  q₂, — количество  электричества   каждого  заряда, к (кулон[3]),

r — расстояние между зарядами, м,

e_a— абсолютная   диэлектрическая проницаемость   среды   (материала) ; эта величина характеризует электрические свойства той среды, в которой находятся взаимодействующие заряды.

 В Международной системе единиц (СИ)  e_a  измеряется в    (ф/м).  Абсолютная диэлектрическая проницаемость среды   

 где e₀ — электрическая   постоянная,   равная   абсолютной   диэлектрической проницаемости вакуума   (пустоты). Она равна 8,86•10^-12 ф/м.

  Величина e, показывающая, во сколько раз в данной среде электрические   заряды   взаимодействуют   между собой слабее, чем в вакууме (табл. 1),  называется  диэлектрической  проницаемостью.

 Величина  e есть отношение абсолютной диэлектрической проницаемости  данного   материала   к  диэлектрической   проницаемости вакуума:

Для   вакуума   e=1.   Диэлектрическая   проницаемость   воздуха практически равна единице.

На основании закона Кулона можно сделать вывод, что большие электрические заряды взаимодействуют сильнее, чем малые. С увеличением расстояния между зарядами сила их взаимодействия значительно слабее. Так, с увеличением расстояния между зарядами в 6 раз уменьшается сила их взаимодействия в 36 раз. При сокращении расстояния между зарядами в 9 раз увеличивается сила их взаимодействия в 81 раз. Взаимодействие зарядов также зависит от материала, находящегося между зарядами.

Пример. Между электрическими зарядами Q1=2 • 10-6  к и  Q2=4, • 10-6  к, расположенными на расстоянии 0,5 м, помещена слюда (e=6). Вычислить силу взаимодействия указанных зарядов.

Решение.       Подставляя    в    формулу   значения   известных величин, получим:

Если в вакууме электрические заряды взаимодействуют с силой F_в, то, поместив между этими зарядами, например, фарфор, их взаимодействие можно ослабить в 6,5 раз, т. е. в e раз. Это значит, что сила взаимодействия между зарядами может быть определена как отношение

Пример. Одноименные электрические заряды взаимодействуют в вакууме с силой F_в =0,25 н. С какой силой будут отталкиваться два заряда, если пространство между ними заполнено бакелитом? Диэлектрическая проницаемость этого материала равна 5.

Решение. Сила взаимодействия электрических зарядов

Так как один ньютон »102 г силы, то 0,05 н составляет 5,1 г.