Електрика і магнетизм · електростатика
Електростатика: закон Кулона, напруженість поля, конденсатори
Електростатика вивчає нерухомі заряди й створюване ними поле. Розберемо закон Кулона, характеристики поля та конденсатори — основу більшості задач розділу.
Що вивчає електростатика
Електростатика — розділ, що вивчає взаємодію нерухомих електричних зарядів і створюване ними електричне поле. Поле характеризують силовою величиною — напруженістю E — та енергетичною — потенціалом φ.
Основні закони
- Закон Кулона: сила взаємодії двох точкових зарядів прямо пропорційна їх добутку й обернено пропорційна квадрату відстані.
- Принцип суперпозиції: напруженість поля кількох зарядів дорівнює векторній сумі напруженостей кожного.
Формули
F = k·q₁·q₂ / r²— закон Кулона (k = 9·10⁹ Н·м²/Кл²)
E = F / q = k·q / r²— напруженість поля точкового заряду
φ = k·q / r— потенціал поля точкового заряду
C = q / U; C = ε₀·ε·S / d— ємність конденсатора (плоского)
Сталі: k = 1/(4πε₀) = 9·10⁹ Н·м²/Кл², ε₀ = 8,85·10⁻¹² Ф/м. У середовищі сила зменшується в ε разів.
Як розв’язувати задачі
- Для сили чи напруженості кількох зарядів застосуйте закон Кулона й принцип суперпозиції (векторне додавання).
- Для потенціалу заряди додають алгебраїчно (скалярно).
- Для конденсатора обчисліть ємність через геометрію або через заряд і напругу.
Готові розв’язані задачі
Часті питання
Яка формула закону Кулона?▾
F = k·q₁q₂/r², де k = 9·10⁹ Н·м²/Кл² — коефіцієнт, q₁, q₂ — заряди, r — відстань між ними. Однойменні заряди відштовхуються, різнойменні притягуються.
Чим напруженість поля відрізняється від потенціалу?▾
Напруженість E — векторна силова характеристика поля (Н/Кл або В/м), а потенціал φ — скалярна енергетична характеристика (В). Пов’язані: E = −dφ/dr.
Як обчислити ємність плоского конденсатора?▾
C = ε₀·ε·S/d, де S — площа пластин, d — відстань між ними, ε — діелектрична проникність середовища, ε₀ = 8,85·10⁻¹² Ф/м.