Закон Кулона и электрическое поле

Слайд 1. Закон Кулона и электрическое поле

Основы взаимодействия электрических зарядов

Слайд 2. Природа электрического заряда

Все тела состоят из атомов, в центре которых находится ядро с протонами ($+$), а вокруг движутся электроны ($-$).

Заряд — это физическая величина, определяющая интенсивность электромагнитных взаимодействий. В системе СИ измеряется в Кулонах (Кл).

Главное правило: одноименные заряды отталкиваются, а разноименные — притягиваются.

Слайд 3. Сила взаимодействия

Шарль Кулон в 1785 году с помощью крутильных весов установил, как именно заряды действуют друг на друга.

Эта сила направлена вдоль прямой, соединяющей центры зарядов. На схеме справа показано взаимодействие двух положительных зарядов $q_1$ и $q_2$.

Слайд 4. Математическая формулировка

Закон Кулона гласит: сила взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

$$F=k\cdot \frac{|q_1|\cdot |q_2|}{r^2}$$

Коэффициент пропорциональности $k\approx 9\cdot 10^9\text{ Н}\cdot {\text{м}}^2/{\text{Кл}}^2$. Это огромное число показывает, насколько электрические силы мощнее гравитационных.

Слайд 5. Зависимость силы от расстояния

Самое важное в законе — обратная квадратичная зависимость.

Если мы раздвинем заряды в 2 раза дальше друг от друга, сила их притяжения или отталкивания ослабнет не в 2, а в 4 раза ($2^2$). Если сблизим в 3 раза — сила вырастет в 9 раз ($3^2$).

Слайд 6. Электрическое поле: невидимая связь

Как заряды «узнают» о существовании друг друга на расстоянии?

Через электрическое поле — особый вид материи.

Поле создается любым электрическим зарядом.

Оно распространяется в пространстве со скоростью света.

Действует на другие заряды с некоторой силой.

Слайд 7. Сравнение: Гравитация vs Электричество

Создается массами тел.

Всегда является силой притяжения.

Сравнительно слабое (заметно только для планет и звезд).

Создается электрическими зарядами.

Может быть как притяжением, так и отталкиванием.

Невероятно сильное даже для микрочастиц.

Слайд 8. Практическое применение

Электростатические фильтры: очищают дым на заводах, заряжая частицы пыли и притягивая их к электродам.

Струйная и лазерная печать: капли чернил или порошок (тонер) направляются на бумагу электрическим полем.

Покраска автомобилей: капли краски заряжают, и они ровным слоем «облепляют» кузов машины.

Молниеотводы: защищают здания, создавая путь для разряда молнии в землю.

Слайд 9. Вопросы для обсуждения

1. Почему расческа, потертая о волосы, притягивает мелкие кусочки бумаги, хотя бумага изначально нейтральна?

2. Во сколько раз изменится сила взаимодействия двух зарядов, если каждый из них увеличить в 2 раза, а расстояние между ними оставить прежним?

3. Что произойдет, если поместить заряженное тело в глубокий вакуум? Исчезнет ли его электрическое поле?

Слайд 10. Основные выводы

Закон Кулона описывает силу взаимодействия точечных зарядов: $F=k\frac{|q_1{q}_2|}{r^2}$.

Сила зависит от величины зарядов и квадрата расстояния между ними.

Электрическое поле — это посредник, через который осуществляется взаимодействие.

Заряды бывают двух типов: одноименные отталкиваются, разноименные притягиваются.

Электростатические явления лежат в основе работы многих современных технологий.