Электричество и магнетизм · электростатика
Электростатика: закон Кулона, напряжённость поля, конденсаторы
Электростатика изучает неподвижные заряды и создаваемое ими поле. Разберём закон Кулона, характеристики поля и конденсаторы — основу большинства задач раздела.
Что изучает электростатика
Электростатика — раздел, изучающий взаимодействие неподвижных электрических зарядов и создаваемое ими электрическое поле. Поле характеризуют силовой величиной — напряжённостью E — и энергетической — потенциалом φ.
Основные законы
- Закон Кулона: сила взаимодействия двух точечных зарядов прямо пропорциональна их произведению и обратно пропорциональна квадрату расстояния.
- Принцип суперпозиции: напряжённость поля нескольких зарядов равна векторной сумме напряжённостей каждого.
Формулы
F = k·q₁·q₂ / r²— закон Кулона (k = 9·10⁹ Н·м²/Кл²)
E = F / q = k·q / r²— напряжённость поля точечного заряда
φ = k·q / r— потенциал поля точечного заряда
C = q / U; C = ε₀·ε·S / d— ёмкость конденсатора (плоского)
Постоянные: k = 1/(4πε₀) = 9·10⁹ Н·м²/Кл², ε₀ = 8,85·10⁻¹² Ф/м. В среде сила уменьшается в ε раз.
Как решать задачи
- Для силы или напряжённости нескольких зарядов примените закон Кулона и принцип суперпозиции (векторное сложение).
- Для потенциала заряды складывают алгебраически (скалярно).
- Для конденсатора вычислите ёмкость через геометрию или через заряд и напряжение.
Готовые решённые задачи
Частые вопросы
Какова формула закона Кулона?▾
F = k·q₁q₂/r², где k = 9·10⁹ Н·м²/Кл² — коэффициент, q₁, q₂ — заряды, r — расстояние между ними. Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые притягиваются.
Чем напряжённость поля отличается от потенциала?▾
Напряжённость E — векторная силовая характеристика поля (Н/Кл или В/м), а потенциал φ — скалярная энергетическая характеристика (В). Связаны: E = −dφ/dr.
Как вычислить ёмкость плоского конденсатора?▾
C = ε₀·ε·S/d, где S — площадь пластин, d — расстояние между ними, ε — диэлектрическая проницаемость среды, ε₀ = 8,85·10⁻¹² Ф/м.