Что такое электростатика и что она изучает? Основные формулы?

Электричество и электрические заряды (ЭЗ) изучает несколько разделов физики. Один занимается статическим электричеством, другой – движущимися зарядами. В публикации кратко рассказано, что изучает электростатика, раскрыты основные понятия и формулы раздела физики. Также описан адаптированный закон сохранения энергии.

Основы и теория электростатики

Электростатика – это раздел науки об электричестве в физике, который изучает взаимодействие неподвижных зарядов, описывает протекающие с их участием явления. Слово происходит из греческого языка, переводится как «неподвижный янтарь». Причём здесь красивая ископаемая смола? Люди издревле заметили особенность «золотого камня» притягивать к себе лёгкие предметы вроде перьев, листов бумаги.

Объяснить явление смогли лишь в XVIII веке. Оно возникает благодаря взаимодействию между статичными ЭЗ и описывается сформулированным Шарлем Кулоном законом. Основной закон электростатики гласит: модуль силы взаимодействия между точечными зарядами в физическом вакууме напрямую зависит от значения их зарядов, обратно пропорционален квадрату расстояния, на которое те разнесены. 

 где:

•  F_e – сила Кулона;
•  k – коэффициент пропорциональности в электростатике/физике;
•  q₁ и q₂ – величины зарядов;
•  r – расстояние.

k = 9 * 10⁹ (Н*м²/ Кл²). С электрической постоянной их связывает выражение: .

При использовании электрической постоянной правило Кулона трансформируется:

Сила взаимодействия направлена вдоль соединяющей элементарные частицы линии.

Несмотря на мизерность возникающих между электронами и протонами сил, они взаимодействуют на 36 порядков (единица с 36 нулями) сильнее, чем возникающая между частицами сила притяжения.

Электростатика: формулы

Рассмотрим основополагающие формулы электростатики, применяемые для проведения вычислений.

Величина ЭЗ: q = ne; где:

•  n – количество частичек;


•  e – значение заряда электрона.

Диэлектрическая проницаемость среды:

ε = F_вак / F_окр, здесь: F_вак и F_окр – силы взаимодействия в вакууме и окружающей среде.

Напряженность поля: E = F / q, F-сила поля, q-его заряд.

Сила поля точечного ЭЗ в вакууме: E = kq₀ / r₂, где:

•  q₀ – заряд частицы.

Сила поля заряженной частицы в среде: E = kq₀ / r₂.

Работа, совершаемая в электрическом поле при перемещении заряженной частички: A = F * Δd, здесь: Δd – дистанция перемещения, иногда обозначается l.

Примеры явления в природе и быту

Можно привести массу проявлений электростатики в природе и деятельности человека. Например, потёртый об эбонитовый предмет кусок шерсти начинает притягивать лёгкие вещи, например, волосы. Тонер для лазерной печати притягивается к отрицательно заряженному фотобарабану. Расчёска получает отрицательный заряд вследствие контакта с волосами. Ярчайшее проявление электростатики – молния.