§ 29. Закон Кулона. Электрическое поле

Электрическое взаимодействие зависит от величин зарядов и расстояния между ними. Закон Кулона описывает силу между неподвижными точечными зарядами. Точечными можно считать тела, размеры которых малы по сравнению с расстоянием между ними. Модуль силы прямо пропорционален произведению модулей зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния. Поэтому увеличение расстояния вдвое уменьшает силу в четыре раза, если остальные условия не меняются.

В вакууме закон записывают как F = k·модуль(q₁q₂)/r². Коэффициент k зависит от выбранных единиц; в системе СИ его значение приблизительно равно 9·10⁹ Н·м²/Кл². Силы направлены вдоль линии, соединяющей заряды. По знакам зарядов определяют притяжение или отталкивание. Формулу нельзя без оговорок применять к большим телам сложной формы: распределение заряда по их поверхности может влиять на результирующее взаимодействие.

Для объяснения действия на расстоянии вводят электрическое поле. Его создают заряженные тела, и оно действует на другие заряды. Поле обнаруживают по силе, возникающей при внесении пробного заряда. Напряжённость поля равна отношению силы, действующей на положительный пробный заряд, к величине этого заряда. Направление напряжённости совпадает с направлением силы на положительный заряд; на отрицательный заряд сила направлена противоположно.

Если поле создают несколько зарядов, действует принцип суперпозиции: результирующая напряжённость равна векторной сумме напряжённостей отдельных полей. Поэтому важно учитывать направления, а не только складывать положительные числа. В одной точке поля могут усиливать друг друга, а в другой частично компенсироваться. Электрическое поле обладает энергией и может совершать работу при перемещении зарядов. Такой подход связывает наблюдаемое движение заряженных тел с пространственным распределением физического поля вокруг них.