Главные идеи
Электростатика изучает силы и энергию неподвижных зарядов. Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые притягиваются, а сила убывает с квадратом расстояния.
- Закон Кулона: F = kq₁q₂ ÷ r², где k = 8,99 × 10⁹ Н·м²/Кл². Сила направлена вдоль прямой, соединяющей заряды.
- Напряжённость электрического поля E — это сила на единицу заряда. Это вектор, и поля нескольких зарядов складываются как векторы.
- Потенциал V — это энергия на единицу заряда. Это скаляр, поэтому потенциалы нескольких зарядов складываются как обычные числа.
- Конденсатор ёмкостью C при напряжении V хранит заряд Q = CV и энергию ½CV²; для плоского конденсатора C = ε₀A ÷ d.
Основные формулы
F = kq₁q₂ ÷ r²E = F ÷ q = kQ ÷ r²V = kQ ÷ rU = qVC = ε₀A ÷ dU_C = ½CV²
Разобранный пример
Два заряда, 2,0 мкКл и 3,0 мкКл, находятся на расстоянии 0,30 м. F = (8,99 × 10⁹) × (2,0 × 10⁻⁶)(3,0 × 10⁻⁶) ÷ 0,30² = 0,054 ÷ 0,090 = 0,60 Н, и это отталкивание, потому что знаки зарядов одинаковы. При удвоении расстояния сила падает до 0,15 Н.
Частые ошибки
- Забывание возвести расстояние в квадрат или подстановка расстояния в сантиметрах без перевода.
- Оставление зарядов в мкКл или нКл без перевода в кулоны.
- Сложение потенциалов как векторов или полей как обычных чисел. Поля — векторы, потенциалы — скаляры.
Практика
Проверьте себя на тренировочных вопросах по этой теме: Электростатика