Электрическое поле точечного заряда. Закон Кулона

ну что ж полгода мы изучали с вами молекулярную физику следующие полгода мы будем изучать тоже очень серьезный очень важный и довольно сложный раздел физики которая называется электродинамика помните мы с вами в седьмом классе говорили что есть тепловые явления электрические и магнитные так вот если собрать вместе магнитные и электрические явления то получается наука раздел физики которая называется электродинамика сейчас потихонечку вы начнете понимать что электричество и магнетизм совершенно не раздельные вещи поэтому когда мы с вами когда-то учили какие бывают виды взаимодействий мы говорили существует гравитационное взаимодействие за него отвечает сила тяжести она описана это взаимодействие описывается силой тяжести а существует электромагнитное взаимодействие мы говорили что силы трения силы упругости имеют электромагнитную природу вот и сейчас мы начинаем потихонечку изучать электромагнитное взаимодействие поэтому раздел который открываем мы сегодня это основы электродинамики основы электродинамики основы электродинамики подчеркнем это тремя линиями это нам работы на полгода электродинамика делится тоже на несколько разделов и сейчас мы начнем изучать первый раздел электродинамики которая называется электростатика электростатика подчеркнем двумя линиями это слово что же такое электростатика это раздел электродинамики который изучает взаимодействие неподвижных зарядов запишите пожалуйста электростатика это раздел электродинамики который изучает взаимодействие неподвижных зарядов раздел электродинамики который изучает взаимодействие неподвижных зарядов на сегодняшнем уроке мы будем заниматься вот чем тема только что прозвучали слова взаимодействия и слова заряды так вот что же такое заряды давайте вспомним поскольку мы об этом уже говорили с вами в восьмом классе и как они взаимодействуют и так электрические заряды и их взаимодействием электрические заряды и их взаимодействия . закон кулона на самом деле этот материал мы уже изучали в восьмом классе но сейчас мы значительно более детально будем знакомиться с электростатика электрические заряда и взаимодействия закон кулона домашнее задание конспект далее памяти шиву параграфы 34-37 параграфов много потому что задача еще пока будут очень простыми и по рынкевич у электронный вариант задачи с номерами 677 678 а также по гелю году для 10 класса еще 2 задачки и 3 задачки с номерами 76 77 и 716 это на завтрак и еще напоминаю вы завтра скажите мне кто с кем будет работать на физ практикуме в группе если кто-то хочет поменяться завтра мы должны уже бон составить список ну что ж начнем электрические заряды и их взаимодействия вы уже знаете что все на свете взаимодействует совсем например этот кусочек мела притягивается к этому телевизор этот кусочек мела притягивается к саша саша притягивается к вот этому вот зажиму но мы этого не замечаем кстати вот эта палочка эбонитовая притягивается к вот этим листочком бумаги но мы этого не видим не замечаем почему как вы думаете и какого характера это притяжение мы уже в прошлом 7 с в прошлом году с ним знакомились что это за взаимодействие любых двух тел как она называется закон всемирного тяготения описывает это взаимодействие а сама взаимодействие называется гравитационная почему же мы не замечаем что это эбонитовая палочка притягивает к себе бумажки потому что масса очень маленькая оказывается что гравитационное взаимодействие из всех взаимодействий в природе самое слабое и лишь потому мы замечаем это гравитационное взаимодействие что мы взаимодействуем с телом колоссальной массы с землей у земли масса 6 на десять двадцать четвертой степени килограмм это представить себе невозможно но эта масса настолько велика что мы ощущаем действия земного шара на каждого из нас ощущаем и называем силу этого взаимодействия силой тяжести а вот если взять легкую бумажку и легкую bonita вы палочку мы ничего такого не замечаем однако вы знаете что еще в древней греции сами или что можно создать условия когда легкие тела начнут притягиваться к другим телам например можно оба нет ему пачку потереть и шерсти или хотя бы волос и эта палочка начинает притягивать к себе перышки бумажки это уже не гравитационное взаимодействие это взаимодействие другого совершенно класса другой природы и это не единственный пример можно например натереть стеклянную палочку шелком а сейчас последнее время гораздо лучше это делать полиэтиленов если мы натрем полиэтиленом стеклянную палочку она тоже будет притягивать к себе бумажки значит на этих телах на эбонитовой палочке натертый у шерсти или волосы на стеклянной палочки натертой шелком или полиэтиленов появляется что-то такое в результате чего появляется новый вид взаимодействия это взаимодействие получила название электростатическая откуда взялось слово электростатическое вы помните что такое электрон по-гречески янтарь если натереть янтарь о ткань то янтарь начинает притягивать к себе перышки точно так же как вот эта стеклянная палочка притягивает к себе бумажки янтарь электрон электрон это корень всех тех явлений в которой мы с вами будем изучать и так на эбонитовой палочки на стеклянной палочки появляются не что присутствие которого вызывает электростатическое взаимодействие я говорю электростатическое потому что мы еще не рассматриваем что было бы если бы эти палочки например двигались это что-то получила название электрический заряд что такое электрический заряд сказать больше чем уже сказано мы не можем физики не ставят перед собой задачу сказать что такое электростатический совет они отвечают природа так устроена что если на телах появляется вот это не что который мы называем электрическим зарядом то тела начинает участвовать в электростатическом взаимодействие плюс к гравитационному дополнительному к гравитационному и так запишем что же такое электрический заряд электрический заряд это то присутствие чего на телах электрический заряд это то присутствие чего на телах вызывает их электростатическое взаимодействие это то присутствие чего на телах вызывает их электростатическое взаимодействие присутствие чего на телах вызывает их электростатическое взаимодействие и так мы научились с вами сообщать телам это нечто и теперь мы будем называть это электрическим зарядом а сам процесс появления электрического заряда мы будем создание электрического заряда мы будем называть электризации и вот давайте сейчас отметим одно существенное разниц различие между гравитационным взаимодействием и электростатическим гравитационное взаимодействие это всегда притяжения а электростатическое взаимодействие куда более интересно вот давайте проведем такой опыт возьмём вот таких как бы весы бани такую палочку по трем а волосы и положим на эти весы вторую bonita вую палочку тоже натрем и поднесём к этой и мы видим что палочки отталкиваются друг от друга значит электростатическое взаимодействие носит характер отталкивания эбонитовая палочка отталкивается от к бане давай проверим на другом варианте опыта возьмем стеклянную палочку на 3 мая и в полиэтилен у поместим сюда возьмем вторую стеклянную палочку тоже натрем его полиэтиленом и поднесём к первой отталкиваются так что же получается электростатическое взаимодействие то всегда отталкивание вовсе нет если мы возьмем эбонитовой у палочку и поднесём к натертые волосы стеклянной палочки то будет видите что притяжение и так существует два вида электрических зарядов одни мы можем назвать стеклянными зарядами условно а другие эбонита вами но физики вы как знаете прекрасно из восьмого класса называют эти заряды по-другому почему потому что можно провести вот такой опыт давайте возьмем стеклянную палочку еще раз натрем и и полиэтилен вот так рядышком на этих весах повесим натертые о волосы эбонитовой палочку и поднесем вот так мы не замечаем никакого заметного взаимодействия но если мы понесем стеклянную палочку отделив ее от полиэтилена она будет притягиваться к оба нету а если мы полиэтилен который мы терли стеклянную палочку поднесем он отталкивается этап электрические заряды сейчас здесь уже были но здесь присутствовали заряды двух видов к бане то вы и и стеклянные но в результате трения на стекле получились стеклянные заряды которые притягиваются к ибо нет у она полиэтилене получились эбонитовые заряды которые отталкиваются тогда что же происходит при вот этом процессе происходит не рождение зарядов а их разделения если эти заряды сложить получается ноль не заряженное тело поэтому эти заряды ведут себя так как ведут себя числа со знаком если мы к плюс 5 прибавим -5 вместе будет 0 и процесс электризации на самом деле означает не то что мы создаем электрические заряды а то что мы разделяем эти заряды мы 0 превращаем в плюс 5 и минус 5 а почему не минус 10 и плюс 10 может быть и минус 10 плюс 10 дело в том что электрические заряды могут быть больше могут быть меньше мы их можем описывать количественно то есть это физическая величина и как вы помните электрический заряд обозначается буквой q малая электрический заряд далее мы понимаем что электрические заряды бывают двух сортов но теперь мы понимаем что лучше присваивать этим зарядом знаки например ибо нет заряжается одним знаком а стекло заряжается противоположным знаком какой из них положительный какой отрицатель а как договоримся люди договорились что стеклянная палочка натертая ашок обретает положительный заряд q больше нуля эбонитовая палочка натертая у шерсть приобретает отрицательный заряд это условная договоренность которой мы в дальнейшем будем пользоваться следующий вопрос откуда же берутся эти заряды где они откуда они на телах появляются мы уже понимаем что в теле есть и положительные отрицательные заряды а процесс электризации это всего лишь разделение этих зарядов заряд сам по себе существовать не может он где-то должен быть сосредоточен вот например масса тела где она сосредоточена в центре масс это условная . в которую можно все собрать на самом деле масса тела распределена по всем атомам каждый атом состоит из частиц и у каждой частицы есть такая характеристика масса точно также внутри атомов есть частицы которые помимо массы обладают электрическим зарядом и как вы помните в атоме отрицательным зарядом обладают какие частицы электроны а положительным ядра которая находится внутри протонов там есть еще в ядрах и нейтроны но они не обладают электрическим зарядом и что интересно в природе выполняется закон сохранения электрического заряда оказывается заряды не возникают из ничего и не исчезают никуда если вы возьмете какую-то систему в которую извне не будут поступать заряды и из которой эти заряды не будут уходить такую систему мы будем называть изолированный то суммарный электрический заряд всех тел образующих изолированных систему остается неизменным при любых процессах в этой системе это утверждение называется закон сохранения заряда давайте его запишем закон сохранения электрического заряда закон сохранения электрического заряда суммарный заряд всех суммарный заряд всех элементов образующих изолированную систему суммарный заряд всех элементов образующих изолированную систему остается неизменным суммарный заряд всех элементов образующих изолированную систему остается неизменным при любых процессах в этой системе остается неизменным при любых процессах в этой системе остается неизменным при любых процессах в этой системе это закон закон сохранения заряда выполняется и при такой процедуре как электризации как электризация стеклянной палочки сейчас суммарный заряд равен нулю и палочки и у полиэтилена после электризации здесь будет такой же положительный заряд как здесь отрицательный сумма была нулем останется 0 это закон сохранения заряда в макромире нарисуем то что я сейчас сказал вот стеклянная палочка вот полиэтилен полиэтилен стекло после того как мы потёрли стеклянную палочку полиэтилена стеклянная палочка приобрела положительный заряд полиэтилен приобрел отрицательный заряд суммарный заряд q стекла + q полиэтилена равен нулю в этом случае и точно также к стекла штрих + q полиэтилена штрих точно такой же это в макроскопическом мире но оказывается закон сохранения заряда выполняется и в микромире возьмем тот же нейтрон в ядре он чувствует себя стабильно он там прибывает сколь угодно долго на самом деле немножко сложнее все происходит там но нам это неважно а вот если нейтрон отделить то оказывается что свободный нейтрон долго не живет минут через пятнадцать он распадается если он свободном состоянии на что же он распадается нейтрон электро нейтральная частица распадается на протон распадается на электрон мы его обозначаем е минус и еще выделяется нейтральная частица которая называется антинейтрино нейтрон распадается на протон и электрон и антинейтрино и заряд нейтрона равняется заряду протона плюс заряду электрона плюс заряду антинейтрино и равняется нулю еще давайте вспомним то что заряд электрона и заряд протона это самый маленький заряд который только может быть получен нами в любых процессах такой заряд называется элементарный заряд элементарный заряд обозначается он буква е и чему он равен пора переходить от знаков к численным значением такой физической величины как заряд элементарный заряд равен 1 целая шесть десятых на десять в минус 19 кулонов вот это обозначение означает кулон то есть вспоминаем с вами что единица измерения электрического заряда это кулон заряд измеряется в кулонах у электрона заряд минус элементарной у протона заряд плюс элемент и естественно следующий вопрос на которые нужно ответить что такое кулона ну казалось бы можно придумать какой-то эталон кулона как есть эталон метра как есть эталон секунды как есть эталон килограмма однако это очень неудобно в самом деле вы смотрите эту палочку стеклянная недавно терку полиэтилен и она притягивала вот тебе бумажки но сейчас она это а еще притягивает это потому что очень хорошая сухая погода на дворе сейчас а если подождать скажем до конца дня эта способность утрачивается заряды трудно сохранить поэтому эталон заряда получить практически невозможно кстати 1 кулон это огромный заряд если мы возьмем два заряда по одному кулону разместим их на расстояние 1 метр друга друга они будут взаимодействовать друг с другом силой 9 миллиардов ньютонов они не то что их так вместе не удержишь каждый заряд сам по себе он же будет отталкиваться сам от себя он просто разлетится во все стороны поэтому мы будем иметь дело с зарядами в десятке ну сотни на наклон вот в этих опытах которые мы сейчас с вами видели на палочке заряд порядка десятков или сотен на на кулон 10 в минус 8 10 минус 7 кулонов как же определить кулон если невозможно создать его italon а дело в том что мы сейчас с вами изучаем неподвижные заряды их взаимодействие но бывают ситуации когда заряды можно привести в движение на самом деле конечно заряды в этой бане товой палочки или стеклянной палочки сейчас тоже движутся потому что эти заряды сосредоточены на атомах которые хаотически движутся потому что существует тепловое движение но это хаотическое не упорядоченное движение но в некоторых случаях вы прекрасно догадываетесь на что я намекаю можно заставить заряды двигаться направлено и как будет называться направленное движение электрических зарядов электрическим током давайте для того чтобы у нас в конспектов все было последовательно запишем направленное движение электрических зарядов называется электрическим током направленное движение электрических зарядов называется электрическим током направленное движение электрических зарядов называется электрическим током за одно и то же время через поперечное сечение вещества в котором такой электрический ток возможен а как называются такие вещества где возможно направленное движение электрических зарядов проводниками правильно так вот электрический ток может быть больше или меньше потому что через поперечное сечение проводника например вот этого может протекать за единицу времени больше или меньше электрический заряд поэтому вводится такая характеристика как сила тока сила тока обозначается буквой и и смысл этой величины та быстрота протекания электрических зарядов то есть чтобы найти силу тока нужно разделить заряд который протекает через поперечное сечение проводника на время в течение которого этот заряд протекает давайте запишем силой тока называется физическая величина равная силой тока называется физическая величина равная отношению заряда протекающего через поперечное сечение проводника равное отношению заряда протекающего через поперечное сечение проводника ко времени его протекания равное отношению заряда протекающего через поперечное сечение проводника ко времени его протекание сила тока измеряется в единицах которые получили название ампер и обозначается буквой а и называется ампер что такое один ампер это определенный ток ток определенной силой мы можем сказать что он как-то связан с кулоном но на самом деле лучше сделать по-другому оказывается можно сделать эталоном пера это можно сделать потому что при протекании электрического тока происходит некоторые явления мы их называем действиями тока давайте вспомним какие мы знаем действия тока при протекании тока через электрическую лампочку что с ней происходит если эта лампа накаливания она светится потому что если эта лампа накаливания при протекании по вольфрамовой спирали она очень сильно нагревается или электроплитка такое действие мы называем тепловое если пропускать электрический ток через раствор соли через раствор кислоты через расплав какого-нибудь электролита возникать химические реакции это называется химическое действие и наконец когда ток протекает по проводнику то возникает еще одно действие магнитное действие например магнитная стрелка находя стрелка компаса находящийся возле проводника по которому течет ток стремится повернуться а если ток течет по двум параллельным проводникам то они взаимодействуют друг с другом мы помним из восьмого класса если ток течет в одну сторону они притягиваются если ток течет в противоположной стороны они отталкиваются это действие называется магнитное действие и как вы думаете какой из этих трех действий легче всего удобнее всего применить для создания эталона силы тока ампера вы смотрите химические реакции штука довольно сложно и вы это знаете из курса химии требуется чистые вещества результаты нужно с помощью весов анализировать которая тоже вносит какую-то погрешность тепловое действие нужно теплоизоляция которую достичь практически полностью мы не можем а вот магнитное действие удобнее всего использовать поэтому для того чтобы создать эталон ампера то есть чтобы ответить на вопрос что же такое 1 ампер используют магнитное действие тока я уже говорил с вами о том что если ток протекает по двум параллельным проводникам например в одну сторону то они притягиваются если в противоположные стороны они отталкиваются и вот давайте представим себе два тонких параллельных бесконечно длинных проводниках находящихся в вакуум и будем размещать их друга друга на расстояние 1 метр и пусть по каждому из этих проводников течет ток в 1 ампер пусть они текут в одну сторону эти два тока тогда эти проводники будут притягиваться с какой же силой оказывается что если по обоим проводникам течет ток в 1 ампер то они будут притягиваться друг к другу с силой 2 и 7 на 10 20 10 минут 7 ньютона на каждый метр длины то есть если мы возьмем отрезок провода в 1 метр то на него будет действовать сила 2 на 10 минус 7 youth она на каждый метр длины на каждый метр длины вот эта идея и используется для определения ампера ампер это основная единица международная система единиц основная единица си наряду с килограммом секундой и метра и так что такое 1 ампер давайте запишем 1 ампер это сила такого неизменного тока 1 ампер это сила такого неизменного тока который 1 ампер это сила такого неизменного тока который протекая по двум тонким протекая по двум тонким бесконечно длинным проводникам протекая по двум тонким бесконечно длинным проводникам расположенных параллельно друг другу в вакууме расположенным параллельно друг другу в вакууме на расстояние 1 метр вызывает и взаимодействие вызывает их взаимодействие с силой вызывает их взаимодействие с силой 2 на десять в минус седьмой степени ньютона на каждый метр длины вызывает их взаимодействия с силой 2 на 10 минут 7 ньютона на каждый метр длины записали вот это определение ампера необходимо обязательно помнить что проводники тонкие расположены параллельно друг другу в вакууме на расстояние 1 метр по ним течет неизменный ток и если это сила тока а в 1 ампер то на каждый метр каждого из этих проводников действует сила обозначены буквой f и g штрих равное 2 на 10 минус 7 youth она на каждый метр длины вот это определение ампера а теперь зная определением первым мы можем сказать что же такое кулон для этого давайте посмотрим еще раз на определение силы тока выразим отсюда заряд ку равняется и на и тогда мы можем сказать что один кулон это один ампер умноженный на одну секунду или другими словами 1 кулон это заряд протекающий через поперечное сечение проводника с током силой в 1 ампер за одну секунду запишем это вот что такое кулон оказывается 1 кулон это заряд 1 кулон это заряд протекающий через поперечное сечение проводника это заряд протекающий через поперечное сечение проводника с током 1 ампер протекающий через поперечное сечение проводника с током 1 ампер за одну секунду протекающий через поперечное сечение проводника с током 1 ампер за одну секунду и наконец как же взаимодействуют между собой заряды сейчас мы с вами запишем закон взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов находящихся в вакууме самый простейший случай только для этого надо сначала сказать что такой точечный заряд это аналог материальной точки в механике это заряд размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием до других заряженных тел давайте запишем точечным зарядом называется заряженное тело точечным зарядом называется заряженное тело размерами которого можно пренебречь размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием до других тел размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием до других тел и вот закон взаимодействие точечных неподвижных зарядов носит название закон кулона сейчас мы этот закон сформулируем завтра я расскажу вам о том как экспериментально этот закон был установлен и так вот как выглядит закон кулона а внизу давайте проиллюстрируем этот закон рисунком два точечных неподвижных заряда например положительнее понятное дело будут отталкиваться друга друга силой f 1 и f 2 два точечных неподвижных заряда отрицательных тоже будут отталкиваться это экспериментальный факт два точечных заряда неподвижных противоположных знаков будут друг дружке притягиваться один положительно другой отрицательно расстояние между ними обозначен буквой r и вот по третьему закону ньютона эти две силы одинаковые f1 по модулю равняется f2 эту силу мы обозначаем просто буквой f и вот она-то и входит в закон кулона ну а теперь давайте запишем формулировку закона кулона два точечных неподвижных зарядов расположенных в вакууме взаимодействуют с силами лежащими на одной прямой даже лучше сказать лежащими на прямой проходящей через эти заряды взаимодействуют силами лежащими на прямой проходящей через эти заряды прямо пропорциональной там у нас силами да тогда прямо пропорциональными произведению модулей зарядов прямо пропорциональными произведению модулей зарядов и обратно пропорциональными прямо пропорциональными произведению модулей зарядов и обратно пропорциональными квадрату расстояния между ними и обратно пропорциональными квадрату расстояния между ними осталось записать численное значение k коэффициент к мы его так и будем называть коэффициент пропорциональности в законе кулона равен 10 9 на 10 в девятой ньютонов умножить на метр в квадрате делить на кулон в квадрате это число полезно помнить она постоянно будет использоваться при решении задач как этот закон был сформулирован как он был получен я расскажу вам завтра ну а дома простенки простенькие задачи на использование закона кулона вы уже сможете решить на этом на сегодня все отдыхаем