Электрический заряд и его свойства

ЛЕКЦИЯ № 1

Раздел 4. Электричество и магнетизм

Гл. 1. Электростатическое поле

Электрический заряд и его свойства

Электрический заряд q – неотъемлемое свойство элементарных частиц, определяющее их электромагнитное взаимодействие.

Единицу электрического заряда в СИ называют кулоном (Кл).

Существует два вида зарядов – положительные и отрицательные. Величина заряда не зависит от скорости его движения (инвариантная величина) и не может быть любой, она квантуется, т. е. принимает дискретный набор значений (кратна элементарному заряду):

q = ± Nе, (1-1)

где N – целое число, N = 0, 1, 2, … ¥;

е – элементарный заряд, е = 1,6×10^-19 Кл (например, заряд электрона q_e = –1,6×10^-19 Кл, заряд протона q_p = +1,6×10^-19 Кл).

Для системы электрических зарядов справедлив закон сохранения: в электрически замкнутой системе взаимодействующих электрических зарядов алгебраическая сумма зарядов до и после взаимодействия остается неизменной:

q ₁ + q ₂ + … + q_n = q ₁¢ + q ₂¢ + … + q_n ¢. (1-2)

Если размером заряженного тела можно пренебречь по сравнению с расстоянием до точки, где рассматривается его действие, то такой заряд называют точечным электрическим зарядом.

Если электрический заряд нельзя считать точечным и он непрерывно распределен по линейно протяженному телу (заряженная нить, стержень, цилиндр и т. п.), то используется понятие линейной плотности электрического заряда t .

Линейная плотность электрического заряда t - это скалярная величина, равная электрическому заряду единицы длины линейно протяженного тела:

t = , (1-3)

где dq – электрический заряд бесконечно малого участка длиной dℓ линейно протяженного тела.

В Си линейная плотность заряда измеряется в кулонах на метр (Кл/м).

Для определения заряда линейно протяженного тела вычисляют интеграл:

(1-3а)

При t = const

(1-3б)

При непрерывном распределении электрического заряда по некоторой поверхности используется понятие поверхностной плотности электрического заряда s..

Поверхностная плотность электрического заряда s - это скалярная величина, равная электрическому заряду участка поверхности единичной площади:

s = , (1-4)

где dq – электрический заряд на бесконечно малом участке поверхности площадью dS.

В Си поверхностная плотность заряда измеряется в кулонах на метр в квадрате (Кл/м²).

Для определения заряда поверхности вычисляют интеграл:

(1-4а)

При s = const

(1-4б)

При непрерывном распределении электрического заряда в некотором объеме используют понятие объемной плотности электрического заряда – это скалярная величина, равная электрическому заряду единичного объема:

, (1-5)

где dq – электрический заряд в бесконечно малом элементе объема dV.

В Си объемная плотность заряда измеряется в кулонах на метр в кубе (Кл/м³).

Для определения заряда в некотором объеме вычисляют интеграл:

(1-5а)

При r_q = const

(1-5б)