В электродинамике большое значение играет движение зарядов. Описание покоящихся зарядов гораздо проще описания движущихся. Поэтому описание явлений, происходящих с покоящимися зарядами, изучается в отдельном разделе электродинамики – электростатике.
Электромагнетизм изучается в рамках электродинамики. Однако такая широкая сфера действия электромагнитного взаимодействия приводит к необходимости разбиения этой теории на более мелкие разделы. Одним из таких разделов является электростатика – описание явлений, происходящих с покоящимися заряженными телами.
Если заряженные тела не движутся, то огромная часть особенностей электромагнитного взаимодействия не проявляется. В первую очередь это относится к магнитным явлениям. Описание только электрических взаимодействий короче, формулы электростатики проще, поэтому изучение электромагнетизма обычно начинают с электростатики.
Основные понятия электростатики
Электрическое поле и заряд
Центральным понятием электростатики является понятие электрического поля и заряда. Поле – это особое свойство материи, проявляющееся в том, что тела, находящиеся в нем, испытывают силовое влияние со стороны других тел. Интенсивность этого влияния может быть различна, и поэтому для ее измерения вводится понятие заряда. Чем больший заряд имеет тело, с тем большей силой оно участвует во взаимодействии с полем. Например, для гравитационного поля в качестве гравитационного заряда выступает масса тела. Чем она больше, тем больше силы гравитации между объектами, обладающими массой.
Точно так же, тела, обладающие электрическим зарядом, взаимодействуют с полем и друг с другом, причем тем сильнее, чем больше заряды.
Два вида электрических зарядов
Наиболее просто сообщить телу заряд можно с помощью трения. Многие тела при взаимном трении приобретают электрические свойства.
Но, в отличие от гравитации, где массы всегда притягиваются друг к другу, в электростатике существуют заряды двух сортов. Условно они названы положительным и отрицательным. Притяжение испытывают заряды разных знаков. Заряды одного знака отталкиваются.
Многие видели, как расческа при расчесывании начинает притягивать мелкие кусочки бумаги. Это происходит потому, что расческа от трения приобретает некоторый заряд. Приближение этого заряда к кусочкам бумаги приводит к тому, что внутри них происходит смещение заряженных частиц (поляризация). Одни частицы притягиваются к расческе, и смещаются ближе к ней. Другие – отталкиваются. Более близкие заряды притягиваются сильнее, чем далекие, равнодействующая сила притяжения оказывается больше, и бумажный кусочек притягивается.
Закон сохранения электрического заряда
Опыт показывает, что электризация тел не создает заряды в телах, а лишь перераспределяет их. Если тело в результате трения получило электрический заряд, то обязательно существует другое тело, которое тоже получило такой же по величине, но противоположный по знаку заряд (чаще всего, это второе тело, участвовавшее в трении). Данная особенность – это проявление одного из законов сохранения.
В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов остается постоянной.
$$q_1+q_2+… =const$$
Закон сохранения заряда выполняется даже в случае, когда его носители (элементарные частицы) исчезают, превращаясь в совсем другие частицы. Например, свободный нейтрон, не имеющий заряда, может самопроизвольно превратиться в три совсем других частицы (протон, электрон и антинейтрино), две из которых обладают зарядом. Однако суммарный заряд этих трех частиц по-прежнему останется нулевым.
Что мы узнали?
Электростатика – это раздел физики, изучающий явления, происходящие с покоящимися зарядами. Основными понятиями электростатики является понятие электрического поля и заряда. Это особые свойства материи, проявляющиеся в том, что тела, находящиеся в электрическом поле и имеющие электрический заряд, испытывают силовое влияние со стороны этого поля и других заряженных тел.
