Електризація тіл. Закон збереження заряду. Закон кулона
Визначення
Електростатична сила взаємодії F12 двох точкових нерухомих зарядів q1 та q2 в вакуумі прямо пропорційна добутку абсолютних значень зарядів і обернено пропорційна квадрату відстані r12 між ними.
,
у векторній формі:
,
Сила взаємодії направлена вздовж прямої, що з'єднує заряди, причому однойменні заряди відштовхуються, а різнойменні притягуються. Сили, що визначаються законом Кулона адитивні.
Коефіціент пропорційності k має назву електростатичної сталої та залежить від вибору одиниць виміру. Так в Міжнародній системі одиниць СІ k=1/(4πε0) ≈ 8,987742438·109Н·м2·Кл-2, де - електрична стала. В системі СГСГ одиниця вимірювання заряду обрана таким чином, що k=1.
Наступні умови є необхідними для виконання сформульованого закону:
В однорідному ізотропному середовищі сила взаємодії між зарядами зменшується в ε разів: , де ε діелектрична проникність середовища.
Перевірка закону
Для макроскопічних відстаней при експериментах в земних умовах, що були проведені за методом Кавендіша, доведено що показник ступеню r в законі Кулона не може відрізнятися від 2 більш ніж на 6·10-16. Із експериментів по розсіянню альфа-часток виходить, що закон Кулона не порушується до відстаней 10-14 м. Але з іншого боку, для опису взаємодії заряджених часток на таких відстанях поняття, за допомогою яких формулюється закон (поняття сили, положення), втрачають сенс. В цій області просторових масштабів діють закони квантової механіки.
Закон Кулона можна вважати одним з наслідків квантової електродинаміки, в рамках якої взаємодія заряджених часток обумовлена обміном фотонами. Внаслідок цього, експерименти з перевірки висновків квантової електродинаміки можна вважати дослідами з перевірки закону Кулона. Так, експерименти з анігіляції електронів та позитронівсвідчать, що відхилення від законів квантової електродинаміки не спостерігаються до відстаней 10-18м.