ВЗАЄМОДІЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ ЗАРЯДІВ
Для більш глибокого розуміння електричних явищ необхідно кількісно визначити величину взаємодії електричних зарядів. З'ясуємо, як залежить величина сили, що діє на заряджене тіло, розташоване поруч з іншим зарядженим тілом, від величини розрядів на них. Для цього введемо поняття точкового заряду. що грає у вченні про електрику таку ж роль, як матеріальна точка в механіці.
Точковим зарядом q називається наелектризоване тіло, розміри якого дуже малі в порівнянні з відстанню до інших заряджених тіл, з якими воно взаємодіє. У разі протяжних заряджених тіл, розмірами яких в даній задачі знехтувати не можна, їх слід подумки розділити на досить малі заряджені елементи, кожен з яких можна було б зчитувати точковим зарядом.
У 1785г. Шарль Кулон (1736-1806) дослідним шляхом встановив закон взаємодії двох нерухомих точкових зарядів. Закон Кулона стверджує, що сила електростатичного взаємодії двох точкових зарядів прямо пропорційна добутку величини цих зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані між зарядами. Ця сила спрямована вздовж прямої, що з'єднує ці заряди (Рис.1).
де вектор або - вектор сили, що діє відповідно на заряд q1 або на заряд q2. ці вектори спрямовані вздовж радіуса-вектора або відповідно. Радіус-вектор визначає положення заряду q1 щодо заряду q2. і визначає положення заряду q2 щодо заряду q1. k - коефіцієнт пропорційності, що залежить від вибору системи одиниць вимірювання. В системі СІ за одиницю виміру електричного заряду прийнятий 1Кл = 1А · 1с. де 1А і 1с - одиниця сили струму і одиниця часу - основні (еталонні) одиниці вимірювання в Міжнародній системі одиниць (СІ).
Тоді в системі СІ коефіцієнт пропорційності, коефіцієнт k часто висловлюють через іншу постійну величину, звану електричної постійної. .
Тоді закон Кулона можна записати у формі
Закон, записаний у вигляді 2.1 або 2.2, дозволяє визначити як величину, так і напрямок вектора сили, що діє на один точковий заряд з боку іншого. Модуль сили взаємодії можна визначити наступним рівнянням
Якщо досить близько знаходиться декілька точкових зарядів (заряджених тіл), то кожна пара точкових зарядів взаємодіє один з одним так, як ніби інших зарядів не існує. Наприклад, заряд взаємодіє з іншими (, і) по закону Кулона (Рис.2). Результуюча сила, що діє на заряд дорівнює векторній сумі сил взаємодії з кожним зарядом окремо. Принцип суперпозиції для випадку електростатичних сил добре підтверджується експериментально.
2.2. Приклади обчислення сил взаємодії заряджених тіл Приклад 1. У трьох вершинах квадрата знаходиться три однакових по модулю і по знаку заряду. Перший і третій - нерухомі. Який величини і якого знака заряд треба помістити в четвертій вершині квадрата, щоб заряд знаходився в рівновазі? Як залежить відповідь від довжини сторони квадрата?
Рішення: Щоб заряд знаходився в рівновазі, в четверту вершину
квадрата треба помістити заряд (-) такий, щоб.