Какой заряд нельзя считать точечным

Что такое точечный заряд?

Например, рассматривая электростатическое [т. е. притягивание друг к другу одноименных зарядов ( + к + или — к -) или отталкивание разноименных ( + и -)] заимодействие двух тел, их можно считать точечными электрическими зарядами, если размеры этих тел малы по сравнению с расстоянием между ними. Т. е. точечным зарядом считается заряженное тело, форма и размеры которого несущественны в данной задаче.

Остальные ответы
раймерами пренебрегают

Зарядом обладает некоторое тело, которое имеет размер.
Для простоты вычислений предполагают, что размер почти равен 0.
И считают, что заряд сконцентрирован в точке.

В википедии написано:
«То́чечный заря́д. Заряженное тело называется точечным зарядом, если при перераспределении заряда в нем сила, действующая на пробный заряд, помещенный в данную точку пространства, неизменна в пределах точности проводимых измерений. Иногда также определяется как электрически заряженная материальная точка. » Приведем пример.
Перед нами метровый кусок рельса. На расстоянии 10 см. от него расположим пробный заряд. Очевидно, что если заряжать один конец рельса, то сила, действующая на пробный заряд будет иной, чем если бы мы зарядили другой конец или середину рельса. Рельс нельзя считать точечным зарядом.
Теперь расположим пробный заряд на расстояни например 100 км. от рельса. Будем мы теперь заряжать один конец рельса или другой — сила, действующая на пробный заряд, существенно не изменится. Рельс можно считать точечным зарядом. То есть заряженой точкой.

Подскажите пожжалуйста,вопросы внутри

Значит, так.
1) Закон Кулона применим для точечных зарядов и для среды, в которой отсутствуют свободные заряды. Если же заряд неточечный, но распределен по некоторой поверхности или объему, тогда обычно эти поверхность и объем разбивают на множество отдельных элементов и заряд каждого элемента рассматривают как точечный, а потом производят суммирование воздействий от всех зарядов. Если же во внешней среде будут присутствовать свободные заряды, они под действием электрического поля основного заряда так распределятся по объему, что создадут собственное электрическое поле, которое компенсирует поле основного заряда.
2) Электрические силы кулоновского взаимодействия могут быть как притягивающими, так и отталкивающими. Это зависит от рода зарядов. Разноименные заряды притягиваются, одноименные заряды отталкиваются. А вот гравитация (закон Всемирного тяготения) действует всегда как притягивающая сила. Любой предмет в нашей Вселенной за счет гравитации может только притягиваться к другому предмету и не может отталкиваться. А есть ли другие Вселенные с иным законом — никто не знает.
3) Заряд считается точечным, если размер предмета, на котором находится этот заряд, намного меньше расстояния между данным зарядом и другим зарядом, с которым производят сравнение. По этой причине один и тот же заряд может быть одновременно и точечным и не точечным. Если наш основной заряд будет располагаться на кубике с длиной грани 10см, а рядом с ним на расстоянии 5см от поверхности будет располагаться другой точно такой же кубик, тогда суммарный заряд на каждом кубике нельзя рассматривать как точечный. Но если мы раздвинем эти кубики на 10 метров, заряды на них уже можно рассматривать как точечные.

ЛинаПрофи (540) 6 лет назад

ну бля что писать все блин скатывать и не понимать даже того, что ты не ответил норм. тогда лучше вообще не отвечай на х**

Закон Кулона

Закон взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов установлен в 1785 г. Ш. Кулоном (примерно за 11 лет до Кулона этот закон был получен Г. Кавендишем, однако его работа оставалась неизвестной в течение более 100 лет). К этому времени большинство ученых уже предполагали, что по аналогии с законом Всемирного тяготения сила взаимодействия зарядов должна быть обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Точность измерений Кулона была невысокой, но достаточной для того, чтобы показать правдоподобность закона обратных квадратов.

Для заряженных тел произвольных размеров такой закон в общей форме дать нельзя, так как сила взаимодействия протяженных тел зависит от их формы и взаимного расположения. Однако форма тел и их взаимная ориентация перестают сказываться, если размеры тел весьма малы по сравнению с расстоянием между ними. Под точечным зарядом в физике понимают протяженное за ряженное тело, размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других зарядов. Понятие точечного заряда, как и материальной точки, является физической абстракцией.

С помощью крутильных весов Кулон измерял силу взаимодействия двух заряженных шариков в зависимости от величины зарядов на них и от расстояния между ними. При этом Кулону в своих опытах не было необходимости знать абсолютную величину зарядов на шариках. Он исходил из того, что при касании к заряженному шарику точно такого же незаряженного шарика заряд распределяется между обоими шариками поровну. Таким образом, Кулон получал равные заряды или известные доли первоначальных зарядов на двух различных шарах.

Закон Кулона: сила взаимодействия F между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорциональна величинам зарядов q и ^l (2.1)

где k — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц, І7і| и |?г| — модули зарядов.

Сила F (называемая кулоновской) направлена по прямой, соединяющей взаимодействующие заряды. Она соответствует притяжению в случае разноименных зарядов и отталкиванию в случае одноименных зарядов. Опытная проверка закона Кулона проводится в воздухе, так как влияние воздуха на силы взаимодействия очень мало и в большинстве случаев им можно пренебречь.

В векторной форме закон Кулона записывается:

р v^_R F 12=kp 3 К 12, К 12

где F₁₂ — сила, действующая на заряд q со стороны заряда q₂, R12 — радиус-вектор, проведенный от заряда q₂ к заряду q, К=|К-і2І •

На заряд q₂ со стороны заряда q действует сила F₂₁ = — F₁₂, т. е. взаимодействие электрических точечных зарядов удовлетворяет третьему закону Ньютона.

В СИ коэффициент пропорциональности равен к=1/4тге₀, т.е.

Величина Єо называется электрической постоянной; она относится к числу фундаментальных физических постоянных и равна ?₀ — 8,8510 12 Кл 2 /(Н м 2 ), или

где фарада (Ф) — единица электрической емкости. Тогда

Опыт показывает, что сила взаимодействия двух данных зарядов не изменяется, если вблизи них поместить еще какие-либо заряды (принцип независимости действия сил). Если в окрестности заряда q помещены еще N зарядов q, qi, . -1э м.

Закон Кулона и его применение в электротехнике

Закон Кулона — это один из основных законов электростатики, который описывает силу взаимодействия между двумя неподвижными точечными электрическими зарядами в вакууме.

Сила прямо пропорциональна произведению зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Сила притяжения или отталкивания направлена вдоль прямой, соединяющей заряды.

Закон Кулона был экспериментально установлен французским физиком Шарлем Кулоном в 1785 году.

Так же как в ньютоновой механике гравитационное взаимодействие всегда имеет место между телами обладающими массами, аналогичным образом в электродинамике электрическое взаимодействие свойственно телам, обладающим электрическими зарядами. Обозначается электрический заряд символом «q» или «Q».

Можно даже сказать, что понятие электрического заряда q в электродинамике чем-то схоже с понятием гравитационной массы m в механике. Но в отличие от гравитационной массы, электрический заряд характеризует свойство тел и частиц вступать в силовые электромагнитные взаимодействия, и эти взаимодействия, как вы понимаете, не являются гравитационными.

Человеческий опыт исследования электрических явлений содержит множество экспериментальных результатов, и все эти факты позволили физикам прийти к следующим однозначным выводам относительно электрических зарядов:

1. Электрические заряды бывают двух родов — условно их можно разделить на положительные и отрицательные.

2. От одного заряженного предмета к другому электрические заряды можно передавать: допустим, путем соприкосновения тел друг с другом — заряд между ними можно разделить. При этом электрический заряд вовсе не является обязательной составной частью тела: в различных условиях один и тот же предмет может обладать разным по величине и по знаку зарядом, либо заряд может отсутствовать. Таким образом, заряд не является чем-то неотъемлемым для носителя, и в то же самое время заряд не может существовать без носителя заряда.

3. В то время как гравитирующие тела всегда притягиваются друг к другу, электрические заряды могут как взаимно притягиваться, так и взаимно отталкиваться. Разноименные заряды взаимно притягиваются, одноименные — друг от друга отталкиваются.

Носителями зарядов являются электроны, протоны и другие элементарные частицы. Различают два рода электрических зарядов — положительные и отрицательные. Положительными называются заряды, возникающие на стекле, натертом кожей. Отрицательными — заряды, возникающие на янтаре, натертом мехом. Тела, заряженные одноименными зарядами, отталкиваются. Тела, имеющие разноименные заряды, притягиваются друг к другу.

Закон сохранения электрического заряда — фундаментальный закон природы, он звучит так: «алгебраическая сумма зарядов всех тел внутри изолированной системы остается постоянной». Это значит, что внутри замкнутой системы невозможно появление или исчезновение зарядов лишь одного знака.

Алгебраическая сумма зарядов в изолированной системе сохраняется постоянной. Носители зарядов могут перемещаться от одного тела к другому или смещаться внутри тела, в молекуле, атоме. Заряд не зависит от системы отсчета.

Сегодня научная точка зрения такова, что изначально носители заряда — это элементарные частицы. Элементарные частицы нейтроны (электрически нейтральные), протоны (положительно заряженные) и электроны (заряженные отрицательно) образуют атомы.

Из протонов и нейтронов состоят ядра атомов, а электроны образуют оболочки атомов. Модули зарядов электрона и протона равны по величине элементарному заряду е, но по знаку заряды этих частиц противоположны между собой.

Взаимодействие электрических зарядов — Закон Кулона

Что касается непосредственно взаимодействия электрических зарядов друг с другом, то в 1785 году французский физик Шарль Кулон экспериментально установил и описал этот основной закон электростатики, фундаментальный закон природы, ни из каких других законов не вытекающий. Ученый в своей работе изучал взаимодействие неподвижных точечных заряженных тел, и измерял силы их взаимного отталкивания и притяжения.

Кулон экспериментально установил следующее: «Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними».

Это и есть формулировка Закона Кулона. И хотя точечных зарядов в природе не существует, только применительно к точечным зарядам и можно говорить о расстоянии между ними, в рамках данной формулировки Закона Кулона.

На самом же деле, если расстояния между телами сильно превосходят их размеры, то ни размер, ни форма заряженных тел, особо не повлияют на их взаимодействие, а значит тела для данной задачи справедливо можно будет считать точечными.

Рассмотрим такой пример. Подвесим на нитках пару заряженных шаров. Поскольку они как-то заряжены, то станут либо отталкиваться друг от друга, либо притягиваться друг к другу. Так как силы направлены вдоль прямой, соединяющей данные тела, — силы эти центральные.

Для обозначения сил, действующих со стороны каждого из зарядов на другой, запишем: F12 – сила действия второго заряда на первый, F21 – сила действия первого заряда на второй, r12 – радиус-вектор от второго точечного заряда к первому. Если заряды имеют одинаковый знак, то сила F12 будет сонаправлена радиусу-вектору, если же у зарядов разные знаки — F12 будет направлена противоположно радиусу-вектору.

При помощи закона взаимодействия точечных зарядов (Закона Кулона) можно теперь находить силу взаимодействия для любых точечных зарядов или точечных заряженных тел. Если же тела не точечные, то их мысленно разбивают на мелке элементы, каждый из которых можно было бы принять за точечный заряд.

После нахождения сил, действующих между всеми мелкими элементами, силы эти геометрически складывают, — находят результирующую силу. Элементарные частицы тоже взаимодействуют друг с другом согласно Закону Кулона, и по сей день не замечено никаких нарушений этого фундаментального закона электростатики.

Применение Закона Кулона в электротехнике

Закон Кулона находит применение во многих областях электротехники, таких как:

• Расчет электрического поля и потенциала, создаваемого различными распределениями зарядов, например, точечными, линейными, поверхностными или объемными.
• Расчет напряженности и силы, действующей на заряженные тела в электрическом поле, например, на конденсаторы, диэлектрики, электростатические генераторы или электрофоры.
• Расчет емкости и энергии электрических конденсаторов, состоящих из двух проводников с разноименными зарядами, разделенных диэлектриком или вакуумом.
• Расчет силы и момента, действующих на токоведущие элементы в магнитном поле, создаваемом другими токами, например, на катушки, соленоиды, трансформаторы или электромагниты.
• Расчет индуктивности и энергии магнитных контуров, состоящих из проводников с токами, например, из катушек, соленоидов, тороидов или магнитопроводов.

Закон Кулона также является основой для вывода других фундаментальных законов электротехники, таких как закон Гаусса, закон Био-Савара, закон Ампера, закон Фарадея, закон Ленца и уравнения Максвелла.

Можно сказать, что в современной электротехнике нет области, где в том или ином виде не работал бы Закон Кулона. Начиная с электрического тока, заканчивая просто заряженным конденсатором. Особенно те области, которые касаются электростатики, — они на 100% связаны с Законом Кулона.

Рассмотрим только несколько примеров.

Простейший случай — введение диэлектрика. Сила взаимодействия зарядов в вакууме всегда больше силы взаимодействия тех же зарядов в условиях, когда между ними расположен какой-то диэлектрик.

Диэлектрическая проницаемость среды — это как раз та величина, которая позволяет количественно определить значения сил, независимо от расстояния между зарядами и от их величин. Достаточно силу взаимодействия зарядов в вакууме разделить на диэлектрическую проницаемость внесенного диэлектрика — получим силу взаимодействия в присутствии диэлектрика.

Сложное исследовательское оборудование — ускоритель заряженных частиц. Базируется работа ускорителей заряженных частиц на явлении взаимодействия электрического поля и заряженных частиц. Электрическое поле совершает в ускорителе работу увеличивая энергию частицы.

Если рассмотреть здесь ускоряемую частицу как точечный заряд, а действие ускоряющего электрического поля ускорителя — как суммарную силу со стороны других точечных зарядов, то и в этом случае полностью соблюдается Закон Кулона. Магнитное поле лишь направляет частицу силой Лоренца, но не изменяет её энергии, только задаёт траекторию для движения частиц в ускорителе.

Защитные электротехнические сооружения. Важные электроустановки всегда оснащаются такой простой на первый взгляд вещью, как молниеотвод. А молниеотвод в своей работе тоже не обходится без соблюдения Закона Кулона. Во время грозы на Земле появляются большие индуцированные заряды — согласно Закону Кулона притягиваются в направлении грозового облака. На поверхности Земли возникает в результате сильное электрическое поле.

Напряжённость этого поля особенно велика возле острых проводников, и поэтому на заостренном конце молниеприемника зажигается коронный разряд — заряд из Земли стремится, повинуясь Закону Кулона, притянуться к противоположному заряду грозового облака.

Воздух вблизи молниеотвода в результате коронного разряда сильно ионизируется. Вследствие этого напряжённость электрического поля вблизи острия уменьшается (как и внутри любого проводника), индуцированные заряды не могут накапливаться на здании и вероятность возникновения молнии снижается. Если же молния, так случится, ударит в молниеотвод, то заряд просто уйдет в Землю, не повредит установку.

Молниеотводы бывают разных типов, в зависимости от их конструкции, материала и способа заземления. Самые распространенные молниеотводы — это простые металлические стержни, установленные на крышах зданий, высоких сооружений или отдельно стоящих опорах. Они соединяются с заземляющим устройством, которое может быть выполнено в виде земляной петли, земляного электрода или земляной шины. Заземление обеспечивает безопасный отвод заряда в Землю и защиту от перенапряжения.

Существуют также более современные молниеотводы, которые используют активные или пассивные элементы для усиления эффекта коронного разряда и создания ионизированного канала между молниеотводом и облаком. Такие молниеотводы называются ионизирующими, искровыми или нелинейными. Они позволяют сократить высоту молниеотвода и увеличить радиус защиты. Однако они также требуют более сложного обслуживания и контроля.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика