Електростатичне поле у ??вакуумі
1. Заряд і поле
В даний час відомі чотири типи взаємодій: гравітаційна, електромагнітна, ядерне (сильне), слабке. Вони проявляються при різних відстанях; гравітаційне - позначається лише при великих масах тіл і астрономічних відстанях; сильне - при малих масах і малих (10 - 15 м) відстанях. Слабке - проявляється при взаємному перетворенні частинок, і лише електромагнітне взаємодія істотно в тих просторових масштабах, в яких ми живемо. Тому для нас електромагнітне взаємодія відіграє важливу роль і, в певному сенсі, є головним .
Прояв цієї взаємодії пов'язане з поняттям заряду. Заряд - це аксіоматика в електромагнетизм. Два знака взаємодії - притягання і відштовхування - привели до двох знаків зарядів. Б. Франклін запропонував, щоб заряди одного типу (наприклад, отримані при електризації скла шовком) називалися позитивними, іншого - негативними. Заряд квантована: існують найменші заряди і. Елементарні носії цих зарядів: електрон і протон. Заряд електрона=1.6? 10-19 Кл; заряд протона з відносною точністю, тобто
.
Заряди мають такими фундаментальними властивостями:
. Заряд зберігається в замкнутій системі при всіх процесах і рухах, пов'язаних з носіями зарядів.
. Час життя електричних частинок нескінченно, а їх заряди інваріантні і не залежать від швидкості.
Прояв зарядів - взаємодія між зарядженими тілами, здійснюється через створюване навколо заряду силове поле. Якщо заряди нерухомі - поле електростатичне. Рухомі заряди породжують магнітне поле.
2. Закон Кулона
В основі теорії електростатичного поля лежить закон, встановлений Кулоном в 1785 р. шляхом прямих вимірювань сил взаємодії між зарядженими тілами, розміри яких були багато менше, ніж відстані між ними (точкові заряди).
Сила взаємодії двох точкових зарядів і, що знаходяться на відстані, дорівнює:
. (1.1)
де (СІ).
Закон Кулона формулюється так: сила взаємодії двох точкових зарядів пропорційна добутку зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані між ними.
Перевірка справедливості закону і встановлення меж його застосовності - одне з основних завдань, так як цей експериментальний закон покладено у фундамент побудови вчення про електрику.
Приблизно за 11 років до Кулона закон був отриманий Кавендишем на значно більш точних, але непрямих вимірах, проте його робота не була опублікована і залишалася невідомою ще більше 100 років. Таким чином, в 1772 р. в експериментах Кавендіша була виконана перша перевірка справедливості закону.
Уявімо закон у вигляді:
.
Завдання зводилася до наступного: потрібно було знайти порядок малості. Кавендіш отримав. Максвелл провів аналогічні досліди і знайшов. Зараз вдосконалений метод Кавендіша дозволяє вважати.
Далі стоїть питання про те, на яких відстанях справедливий закон Кулона. Експериментально встановлено, що він виконується аж до м з боку великих відстаней і до м з боку малих:
м.
У векторній формі закон Кулона запишемо так:
, (1.2)
...
