Panele
Ładunek elektryczny i jego rodzaje. Fizyczna istota ładunku elektrycznego

Ładunek elektryczny i jego rodzaje. Fizyczna istota ładunku elektrycznego

Ładunek elektryczny jest wielkością fizyczną charakteryzującą intensywność oddziaływania elektromagnetycznego pomiędzy ciałami. Sam ładunek elektryczny nie istnieje; jego nośnikiem może być jedynie cząstka materii.

Podstawowe właściwości

1. Dwoistość: w przyrodzie istnieją ładunki dwóch znaków, jak ładunki odpychają się, ładunki przeciwne przyciągają. Pod tym względem opłaty warunkowe dzielą się na dodatnie i ujemne.

Ładunek, jaki posiada szklany pręt pocierany o jedwab lub papier, nazywa się dodatnim.

Ujemny - ładunek, jaki posiada laska bursztynowa lub ebonitowa pocierana o futro lub wełnę.

2. Kwantyzacja: Jeśli wielkość fizyczna przyjmuje tylko pewne wartości dyskretne, nazywa się ją skwantowaną (dyskretną). Doświadczenie pokazuje, że każdy ładunek elektryczny jest kwantowany, tj. składa się z całkowitej liczby ładunków elementarnych.

gdzie =1,2,...liczba całkowita; e =1,6·1 -19 C - ładunek elementarny.

Elektron ma najmniejszy (elementarny) ładunek ujemny, proton ma ładunek dodatni.

1 kulomb to ładunek przechodzący przez przekrój przewodnika w ciągu jednej sekundy, gdy przez niego przepływa prąd stały o natężeniu jednego ampera.

3. Zasada zachowania ładunku.

Ładunki elektryczne mogą znikać i pojawiać się ponownie tylko parami. W każdej takiej parze ładunki są równe pod względem wielkości i mają przeciwny znak. Na przykład elektron i pozyton anihilują, gdy się spotkają, tj. zamieniają się w neutralne g - fotony, a ładunki –e i +e znikają. W procesie zwanym wytwarzaniem par foton g wchodząc w pole jądra atomowego zamienia się w parę cząstek, elektron i pozyton, oraz powstają ładunki +e i –e.

Prawo zachowania ładunku: w układzie izolowanym algebraiczna suma ładunków pozostaje stała dla wszystkich zmian w systemie.

Odosobniony to układ ciał, który nie wymienia ładunków z otoczeniem zewnętrznym.

4. Niezmienniczośćładunek do różnych inercjalnych układów odniesienia.

Doświadczenie pokazuje, że wielkość ładunku nie zależy od prędkości ruchu naładowanego ciała. Ten sam ładunek mierzony w różnych inercyjnych ramkach raportowania jest taki sam.

5. Addytywność: .

Klasyfikacja opłat.

W zależności od wielkości naładowanego ciała ładunki dzielą się na punktowe i rozciągnięte.

· Ładunek punktowy to naładowane ciało, którego wymiary można pominąć w warunkach tego zadania.

· Rozciągnięty jest ładunek ciała, którego wymiarów nie można pominąć w warunkach tego problemu. Ładunki rozszerzone dzielą się na liniowe, powierzchniowe i objętościowe.

Poprzez zdolność do przesuwania się względem pozycji równowagi pod wpływem zewnętrznej energii elektrycznej. pola, opłaty umownie dzielą się na bezpłatne, związane i obce.

Bezpłatny nazywane są ładunkami, które mogą swobodnie poruszać się w ciele pod wpływem zewnętrznego prądu elektrycznego. pola.

Powiązany nazywane są ładunkami wchodzącymi w skład cząsteczek dielektrycznych, które pod wpływem prądu elektrycznego. pola mogą jedynie przesunąć się ze swojej pozycji równowagi, ale nie mogą opuścić cząsteczki.

Strona trzecia nazywane są ładunkami znajdującymi się na dielektryku, ale nie będącymi częścią jego cząsteczek.

Prawo regulujące siłę oddziaływania między ładunkami punktowymi zostało ustalone eksperymentalnie w 1785 roku. Wisiorek.

prawo Coulomba: siła oddziaływania dwóch nieruchomych ładunków punktowych jest wprost proporcjonalna do ładunków, odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi, skierowanej wzdłuż linii prostej łączącej ładunki i zależy od środowiska, w którym się znajdują.

gdzie q 1, q 2 - wartości ładunku; r jest odległością między ładunkami;

8,85 1 -12 C 2 / (N m 2) - stała elektryczna,

e jest stałą dielektryczną ośrodka.

Stała dielektryczna substancji pokazuje, ile razy siła oddziaływania między ładunkami w danym dielektryku jest mniejsza niż w próżni, próżnia = 1, jest wielkością bezwymiarową.

Wyjaśnijmy przyczynę tego osłabienia, rozważając naładowaną kulę otoczoną dielektrykiem. Pole kuli orientuje cząsteczki dielektryka, a na powierzchni dielektryka sąsiadującej z kulką pojawiają się ujemne ładunki związane.

Pole w dowolnym punkcie dielektryka utworzą dwie przeciwnie naładowane kule: powierzchnia kuli, naładowana dodatnio i ujemnie naładowana powierzchnia przylegającego do niej dielektryka, przy czym pole związanych ładunków zostanie odjęte od pola darmowe ładunki, a całkowite pole będzie słabsze niż pole jednej piłki.

1. Natężenie pola elektrostatycznego. Zasada superpozycji pól elektrycznych. Przepływ wektorowy.

Każdy ładunek zmienia właściwości otaczającej przestrzeni - wytwarza w niej pole elektryczne.

Pole elektryczne jest jedną z form istnienia materii otaczającej ładunki elektryczne. Pole to objawia się tym, że na ładunek elektryczny umieszczony w dowolnym punkcie działa siła.

Pojęcie pola elektrycznego zostało wprowadzone do nauki w latach 30. XIX wieku przez angielskich naukowców Michaela Faradaya.

Według Faradaya każdy ładunek elektryczny jest otoczony przez wytwarzane przez siebie pole elektryczne, dlatego taki ładunek czasami nazywany jest ładunkiem źródłowym. Ładunek, za pomocą którego badane jest pole ładunku źródłowego, nazywany jest ładunkiem testowym.

Aby siła działająca na ładunek próbny charakteryzowała pole w danym punkcie; Ładunek próbny musi być ładunkiem punktowym.

Opłata punktowa zwane ciałem naładowanym, którego wymiary w warunkach tego zadania można pominąć, tj. którego wymiary są małe w porównaniu z odległościami do innych ciał, z którymi oddziałuje. W tym przypadku własne pole elektryczne ładunku próbnego musi być na tyle małe, aby nie powodowało zmiany pola ładunku źródłowego. Im mniejszy jest rozmiar naładowanego ciała i im słabsze jest jego pole własne w porównaniu z polem ładunku źródłowego, tym dokładniej to naładowane ciało spełnia warunek ładunku próbnego.

Pole elektryczne rozchodzi się w próżni z prędkością c = 3,1 8 .

Pole stacjonarnych ładunków elektrycznych jest elektrostatyczne.

Za pomocą ładunku próbnego badamy pole wytworzone przez ładunek stacjonarny – źródło.

Siła działająca na ładunek próbny w danym punkcie pola zależy od wielkości ładunku próbnego. Jeśli weźmiemy różne ładunki próbne, to siła działająca na nie w danym punkcie pola będzie inna.

Jednak stosunek siły do wielkości ładunku testowego pozostaje stały i charakteryzuje samo pole. Stosunek ten nazywany jest natężeniem pola elektrycznego w danym punkcie.

Siła pola elektrycznego jest wielkością wektorową liczbowo równą sile, z jaką pole działa na jednostkowy dodatni ładunek próbny w danym punkcie pola i współkierunkową z tą siłą.

Siła jest główną cechą pola i całkowicie charakteryzuje pole w każdym punkcie pod względem wielkości i kierunku.

Natężenie pola ładunku punktowego.

Zgodnie z prawem Coulomba

jest natężeniem pola elektrycznego ładunku punktowego w odległości r od tego ładunku.

Wygodnie jest przedstawić graficznie pole elektryczne za pomocą obrazu tzw. linii siły, czyli linii napięcia.

Linia napięcia jest linią, której styczna w każdym punkcie pokrywa się z kierunkiem wektora naprężenia w tym punkcie.

Linie natężenia pola utworzone przez ładunki stacjonarne zawsze zaczynają się i kończą na ładunkach (lub w nieskończoności) i nigdy nie są zamknięte. Silniejsze pole jest reprezentowane przez gęściej rozmieszczone linie napięcia. Gęstość linii dobiera się tak, aby liczba linii przecinających powierzchnię jednostkową terenu prostopadle do linii była równa wartości liczbowej wektora. Linie napięcia nigdy się nie przecinają, ponieważ... ich przecięcie oznaczałoby dwa różne kierunki wektora natężenia pola w tym samym punkcie, co nie ma sensu.

Pole, w którym natężenie we wszystkich punktach ma tę samą wielkość i ten sam kierunek, nazywa się jednorodnym. W takim polu linie sił są równoległe, a ich gęstość jest wszędzie taka sama, tj. znajdują się w tej samej odległości od siebie.

Zasada superpozycji.

Jeżeli pole elektryczne w danym punkcie tworzy kilka ładunków, to siła powstałego pola jest równa sumie wektorowej natężeń pól wytwarzanych przez każdy ładunek z osobna.

Zasada superpozycji jest faktem eksperymentalnym, który obowiązuje w przypadku bardzo silnych pól. Zgodnie z tym samym prawem powstają nie tylko statyczne, ale także szybko zmieniające się pola elektromagnetyczne

Wybierzmy w polu wektorowym pewną objętość ograniczoną powierzchnią S. Podzielmy tę powierzchnię na elementarne obszary wielkości .

Można uwzględnić ukierunkowany element powierzchniowy. Element skierowany powierzchni to wektor, którego długość jest równa powierzchni elementu, a kierunek pokrywa się z kierunkiem normalnej do tego elementu. W przypadku powierzchni zamkniętej przyjmuje się zewnętrzną normalną do powierzchni. Ponieważ wybór kierunku jest dowolny (warunkowy), może być skierowany albo w jednym kierunku od miejsca, albo w drugim, nie jest to prawdziwy wektor, ale pseudowektor.

Kierunkowy element powierzchniowy,

Powierzchnia elementarna.

Przepływ wektora napięcia przez powierzchnię elementarną dS zwany iloczynem skalarnym

gdzie a jest kątem między wektorami i ,

E n - rzut na kierunek normalny.

Sumując przepływy przez wszystkie obszary elementarne, na które podzielono powierzchnię S, otrzymujemy przepływ wektorowy przez powierzchnię S.

Całką jest przepływ wektora przez powierzchnię S

Do zamkniętej powierzchni.

Strumień wektorowy jest wielkością algebraiczną:

Dla jednolitego pola

Przepływ wektora naprężenia można łatwo interpretować geometrycznie: jest on liczbowo równy liczbie linii naprężenia przecinających daną powierzchnię.

2. Twierdzenie Gaussa o strumieniu wektorowym i jego zastosowanie do obliczania pól ładunków rozciągniętych w próżni.

Znając natężenie pola ładunku punktowego i korzystając z zasady superpozycji, można obliczyć natężenie pola wytwarzanego przez kilka ładunków punktowych. Jednak w przypadku ładunków rozszerzonych zastosowanie zasady superpozycji jest trudne. Metodę obliczania pól wytworzonych przez rozciągnięte ładunki zaproponował niemiecki naukowiec Gauss na początku XIX wieku.

Twierdzenie Gaussa dla pola elektrostatycznego w próżni.

Rozważmy pole ładunku punktowego w próżni i obliczmy promień kuli przechodzącej przez powierzchnię

Natężenie pola w dowolnym punkcie powierzchni kuli

Energia elektryczna otacza nas ze wszystkich stron. Ale kiedyś tak nie było. Samo słowo pochodzi bowiem od greckiej nazwy konkretnego materiału: „elektron”, po grecku „bursztyn”. Przeprowadzali z nim ciekawe eksperymenty, przypominające magiczne sztuczki. Ludzie zawsze kochali cuda, ale tutaj wszelkiego rodzaju drobinki kurzu, kosmki, nici, włosy zaczęły przyciągać się do kawałka bursztynu, gdy tylko potarto go kawałkiem materiału. Oznacza to, że ten złoty kamień nie ma żadnych małych „uchwytów”, ale może zbierać puch.

Koledzy z klasy

Akumulacja energii elektrycznej i wiedza na jej temat

Widoczne gromadzenie się elektryczności nastąpiło także podczas zakładania wyrobów wykonanych z bursztynu: bursztynowych koralików, bursztynowych spinek do włosów. Nie ma innych wyjaśnień niż oczywista magia, nie mogło być żadnego. W końcu, aby sztuczka się powiodła, koraliki trzeba było sortować wyłącznie czystymi, suchymi rękami i siedząc w czystym ubraniu. A czyste włosy, dobrze przetarte spinką, dają coś pięknego i przerażającego: sterczącą aureolę włosów. A nawet trzaskać. I nawet w ciemności są błyski. To działanie ducha wymagającego i kapryśnego, a zarazem przerażającego i niezrozumiałego. Ale nadszedł czas i zjawiska elektryczne przestały być terytorium ducha.

Zaczęli nazywać wszystko po prostu „interakcją”. Wtedy zaczęliśmy eksperymentować. Wymyślili do tego specjalną maszynę (maszynę elektroforyczną) i słoik do przechowywania energii elektrycznej (słoik Leydena). I urządzenie, które mogłoby już wykazywać pewne „równo-więcej-mniej” w odniesieniu do elektryczności (elektroskop). Pozostaje tylko to wszystko wyjaśnić za pomocą coraz potężniejszego języka formuł.

Zatem ludzkość wymyśliła potrzebę rozpoznania obecności pewnego ładunku elektrycznego w przyrodzie. Właściwie tytuł nie zawiera żadnego odkrycia. Środki elektryczne związane ze zjawiskami którego badania rozpoczęły się od magii bursztynu. Słowo „ładunek” mówi jedynie o niejasnych możliwościach tkwiących w przedmiocie, takim jak kula armatnia. Jasne jest, że energię elektryczną można w jakiś sposób wyprodukować i w jakiś sposób zmagazynować. I jakoś trzeba to zmierzyć. To samo, co zwykła substancja, na przykład olej.

I analogicznie do substancji, o których najmniejszych cząsteczkach (atomach) mówiono pewnie od czasów Demokryta i zdecydował, że ładunek z pewnością składa się z podobnych, bardzo małych „cząsteczek” – ciał. Liczba, która w dużym naładowanym ciele da ilość ładunku elektrycznego.

Ładunek elektryczny - prawo zachowania ładunku

Oczywiście w tamtym czasie nie mogli nawet w przybliżeniu wyobrazić sobie, ile takich elektrycznych „cząsteczek” mogłoby pojawić się nawet w bardzo małym naładowanym ciele. Jednak nadal potrzebna była praktyczna jednostka ładunku elektrycznego. I zaczęli to wymyślać. Wisiorek, od którego później nazwano taką jednostkę, najwyraźniej mierzył wielkość ładunków za pomocą metalowych kulek, z którymi przeprowadzał eksperymenty, ale w jakiś sposób względny. Otworzyłem moje słynne prawo Coulomba, w którym napisał algebraicznie, że siła działająca pomiędzy dwoma ładunkami q1 i q2 oddalonymi od siebie o odległość R jest proporcjonalna do ich iloczynu i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi.

Współczynnik k zależy od ośrodka, w którym zachodzi interakcja, ale w próżni jest równa jedności.

Prawdopodobnie po Keplerze i Newtonie robienie takich rzeczy nie było takie trudne. Odległość łatwo zmierzyć. Fizycznie podzielił ładunki, dotykając jednej piłki drugą. Okazało się, że na dwóch identycznych kulach, jeśli jedna jest naładowana, a druga nie, po zetknięciu ładunek dzieli się na pół - rozprasza się po obu kulkach. W ten sposób otrzymał wartości ułamkowe pierwotnej nieznanej wielkości q.

Uczenie się oddziaływanie ładunków elektrycznych, dokonywał pomiarów w różnych odległościach pomiędzy kulkami, rejestrował odchylenia na swoich równowagach skrętnych, jakie powstają, gdy naładowane kulki odpychają się. Najwyraźniej jego prawo było czystym zwycięstwem algebry, ponieważ sam Coulomb nie znał jednostki miary ładunku „kulomb” i po prostu nie mógł jej znać.

Kolejnym zwycięstwem było odkrycie faktu, że całkowita ilość tej samej ilości q w kulach, które udało mu się w ten sposób naładować, zawsze pozostawała niezmieniona. Dlatego prawo otwarte nazwał prawem zachowania ładunku.

Q = q 1 + q 2 + q 3 + … + q n

Musimy oddać hołd dokładności i cierpliwości naukowca, a także odwadze, z jaką głosił swoje prawa, nie mając jednostki ilości tego, co studiował.

Cząstka elektryczności - minimalny ładunek

Dopiero później zdali sobie sprawę, że elementarnym, czyli najmniejszym ładunkiem elektrycznym jest... elektron. Tylko nie mały kawałek bursztynu, ale niewypowiedzianie mała cząsteczka, która nie jest nawet substancją (prawie), ale która koniecznie jest obecna w każdym materialnym ciele. I nawet w każdym atomie każdej substancji. I to nie tylko w atomach, ale także wokół nich. I tych:

znajdujące się w atomach nazywane są związanymi elektronami.
a te wokół to wolne elektrony.

Elektrony są związane w atomie, ponieważ jądro atomowe zawiera również cząstki ładunku - protony, a każdy proton z pewnością przyciągnie do siebie elektron. Zgodnie z prawem Coulomba.

A ładunek, który widzisz lub czujesz, wynika z:

tarcie,
oszczędności, akumulacja
Reakcja chemiczna,
Indukcja elektromagnetyczna,

składają się wyłącznie z wolnych elektronów, które zostały wyrzucone z atomów w wyniku różnych nieporozumień:

przed uderzeniem innego atomu (emisja cieplna)
kwant światła (fotoemisja) i z innych powodów

i wędrówkę po ogromnych makroskopowych ciałach (na przykład włosach).

W przypadku elektronów ciała naszych obiektów są naprawdę ogromne. Jedna jednostka ładunku (kulomb) zawiera w przybliżeniu taką ilość elektronów: nieco ponad 624 150 912 514 351 000. Brzmi to tak: 624 biliardy 150 bilionów 912 miliardów 514 milionów 351 tysięcy elektronów w jednym kulombie ładunku elektrycznego.

A wisiorek jest ilością bardzo prostą i bliską nam. Kulomb to taki sam ładunek, jak przepływa w ciągu jednej sekundy przez przekrój przewodnika, jeżeli płynie w nim prąd o natężeniu jednego ampera. Oznacza to, że przy natężeniu 1 ampera na każdą sekundę dokładnie te 624 biliardy… elektronów będą migotać w przekroju poprzecznym drutu.

Elektrony są tak mobilne i poruszają się tak szybko w ciałach fizycznych, że natychmiast włączają naszą żarówkę, gdy tylko naciśniemy włącznik. I dlatego nasza interakcja elektryczna jest tak szybka, że zdarzenia zwane „rekombinacją” zachodzą co sekundę. Uciekający elektron znajduje atom, z którego elektron właśnie uciekł i zajmuje w nim wolną przestrzeń.

Liczba takich zdarzeń na sekundę jest również rzędu... cóż, każdy już to sobie wyobraża. Zdarzenia te powtarzają się w sposób ciągły, gdy elektrony opuszczają atomy, a następnie wracają do atomów. Uciekają i wracają. To jest ich życie, bez niego po prostu nie mogą istnieć. I tylko dzięki temu istnieje prąd - ten system, który stał się częścią naszego życia, naszego komfortu, naszego odżywiania i konserwacji.

Aktualny kierunek. Kto jest odpowiedzialny za nasze opłaty?

Pozostaje tylko jedna mała ciekawostka, którą wszyscy znają, ale żaden z fizyków nie chce sprostować.

Kiedy Coulomb bawił się swoimi piłkami, zauważył, że istnieją dwa rodzaje ładunków. Ładunki tego samego typu odpychają się, a ładunki różnych typów przyciągają się. Naturalnym było wymienienie niektórych z nich pozytywne, a inne negatywne. I załóżmy, że prąd elektryczny przepływa z miejsca, gdzie jest go więcej, do miejsca, gdzie jest go mniej. To znaczy od plusa do minusa. Utkwiło to więc w umysłach fizyków na wiele pokoleń.

Ale przecież to nie elektrony, ale jony zostały odkryte jako pierwsze. To właśnie te niepocieszone atomy, które straciły swój elektron. W jądrze znajduje się „dodatkowy” proton i dlatego są naładowane. Cóż, kiedy to odkryli, od razu westchnęli i powiedzieli – oto jest, jesteś naszym ładunkiem dodatnim. A proton zyskał reputację cząstki naładowanej dodatnio.

I wtedy zdali sobie sprawę, że atomy są najczęściej obojętne, ponieważ ładunek elektryczny jądra jest równoważony przez ładunek powłok elektronowych obracających się wokół jądra. Oznacza to, że zbudowali planetarny model atomu. I dopiero wtedy zrozumieli, że atomy tworzą całą (prawie) materię, jej stałą sieć krystaliczną lub całą masę jej ciekłego ciała. Oznacza to, że protony z neutronami są trwale osadzone w jądrach atomów. A nie na twoje zawołanie, jak lekkie i mobilne elektrony. W rezultacie prąd nie płynie od plusa do minusa, ale wręcz przeciwnie, od minus do plusa.

Słowo elektryczność pochodzi od greckiej nazwy bursztynu - ελεκτρον .
Bursztyn to skamieniała żywica drzew iglastych. Starożytni zauważyli, że jeśli pociera się bursztyn kawałkiem materiału, przyciąga on lekkie przedmioty lub kurz. Zjawisko to, które dziś nazywamy elektrycznością statyczną, można zaobserwować pocierając szmatką ebonitowy, szklany pręt lub po prostu plastikową linijkę.

Plastikowa linijka, dokładnie przetarta papierową serwetką, przyciąga małe kawałki papieru (ryc. 22.1).

Być może zauważyłeś wyładowania elektrostatyczne podczas czesania włosów lub zdejmowania nylonowej bluzki lub koszuli. Mogłeś doświadczyć porażenia prądem elektrycznym, gdy dotknąłeś metalowej klamki drzwi po wstawaniu z fotelika samochodowego lub chodzeniu po syntetycznym dywanie. We wszystkich tych przypadkach obiekt uzyskuje ładunek elektryczny w wyniku tarcia; mówią, że elektryfikacja następuje poprzez tarcie.
Czy wszystkie ładunki elektryczne są takie same, czy też istnieją różne rodzaje? Okazuje się, że istnieją dwa rodzaje ładunków elektrycznych, co można wykazać za pomocą następującego prostego eksperymentu. Zawieś plastikową linijkę pośrodku na nitce i dokładnie przetrzyj ją kawałkiem materiału. Jeśli teraz przyprowadzimy do niego innego naelektryzowanego władcę, przekonamy się, że władcy odpychają się nawzajem (ryc. 22.2, a).
W ten sam sposób, zbliżając do siebie kolejny naelektryzowany pręt szklany, zaobserwujemy ich odpychanie (ryc. 22.2,6). Jeśli naładowany szklany pręt zostanie doprowadzony do naelektryzowanej plastikowej linijki, zostanie przyciągnięty (ryc. 22.2, c). Wydaje się, że linijka ma inny rodzaj ładunku niż szklany pręt.

Ustalono eksperymentalnie, że wszystkie naładowane obiekty dzielą się na dwie kategorie: albo są przyciągane przez plastik i odpychane przez szkło, albo odwrotnie, odpychane przez plastik i przyciągane przez szkło. Wydaje się, że istnieją dwa rodzaje ładunków: ładunki tego samego rodzaju odpychają się i ładunki różnego rodzaju przyciągają. Mówimy, że ładunki podobne odpychają się, a ładunki odmienne przyciągają.
Amerykański mąż stanu, filozof i naukowiec Benjamin Franklin (1706-1790) nazwał te dwa rodzaje ładunków dodatnimi i ujemnymi. Nie miało żadnego znaczenia, jaką opłatę wywołać;

Teoria elektryczności Franklina była w rzeczywistości koncepcją „jednego płynu”: ładunek dodatni był postrzegany jako nadmiar „płynu elektrycznego” w stosunku do jego normalnej zawartości w danym przedmiocie, a ładunek ujemny jako jego niedobór. Franklin argumentował, że jeśli w wyniku jakiegoś procesu w jednym ciele powstaje określony ładunek, to w innym ciele powstaje jednocześnie taka sama ilość ładunku przeciwnego rodzaju. Nazwy „dodatni” i „ujemny” należy zatem rozumieć w sensie algebraicznym, tak aby całkowity ładunek uzyskany przez ciała w dowolnym procesie był zawsze równy zeru.

Na przykład, gdy pociera się plastikową linijkę o papierową serwetkę, linijka zyskuje ładunek ujemny, a serwetka zyskuje równy ładunek dodatni. Istnieje separacja ładunków, ale ich suma wynosi zero.
Ten przykład ilustruje mocno ugruntowaną pozycję prawo zachowania ładunku elektrycznego, który brzmi:

Całkowity ładunek elektryczny powstały w wyniku dowolnego procesu wynosi zero.

Nigdy nie zaobserwowano odchyleń od tego prawa, dlatego możemy uznać, że jest ono tak samo ugruntowane, jak zasady zachowania energii i pędu.

Ładunki elektryczne w atomach

Dopiero w ubiegłym stuleciu stało się jasne, że przyczyna istnienia ładunku elektrycznego leży w samych atomach. Później omówimy bardziej szczegółowo budowę atomu i rozwój pomysłów na jego temat. Tutaj pokrótce omówimy główne idee, które pomogą nam lepiej zrozumieć naturę elektryczności.

Według współczesnych koncepcji atom (w pewnym uproszczeniu) składa się z ciężkiego, dodatnio naładowanego jądra otoczonego jednym lub większą liczbą ujemnie naładowanych elektronów.
W stanie normalnym ładunki dodatnie i ujemne w atomie są równe pod względem wielkości, a atom jako całość jest elektrycznie obojętny. Jednakże atom może stracić lub zyskać jeden lub więcej elektronów. Wtedy jego ładunek będzie dodatni lub ujemny, a taki atom nazywa się jonem.

W ciele stałym jądra mogą wibrować, pozostając w pobliżu ustalonych pozycji, podczas gdy niektóre elektrony poruszają się całkowicie swobodnie. Elektryfikację przez tarcie można wytłumaczyć faktem, że w różnych substancjach jądra utrzymują elektrony o różnej sile.
Kiedy plastikowa linijka pocierana papierową serwetką nabiera ładunku ujemnego, oznacza to, że elektrony w papierowej serwetce są trzymane słabiej niż w plastiku i część z nich przenosi się z serwetki na linijkę. Ładunek dodatni serwetki jest równy ładunkowi ujemnemu uzyskanemu przez linijkę.

Zazwyczaj obiekty naelektryzowane przez tarcie utrzymują ładunek tylko przez pewien czas i ostatecznie powracają do stanu elektrycznie neutralnego. Gdzie trafia opłata? „Spływa” na cząsteczki wody zawarte w powietrzu.
Faktem jest, że cząsteczki wody są polarne: chociaż ogólnie są elektrycznie obojętne, ładunek w nich nie jest równomiernie rozłożony (ryc. 22.3). Dlatego nadmiar elektronów z naelektryzowanej linijki „odpłynie” do powietrza, przyciągając je do dodatnio naładowanego obszaru cząsteczki wody.
Z drugiej strony dodatni ładunek obiektu zostanie zneutralizowany przez elektrony, które są słabo utrzymywane przez cząsteczki wody w powietrzu. Przy suchej pogodzie wpływ elektryczności statycznej jest znacznie bardziej zauważalny: w powietrzu jest mniej cząsteczek wody, a ładunek nie spływa tak szybko. W wilgotną i deszczową pogodę przedmiot nie jest w stanie długo utrzymać ładunku.

Izolatory i przewodniki

Niech będą dwie metalowe kulki, z których jedna jest silnie naładowana, a druga jest elektrycznie obojętna. Jeśli połączymy je, powiedzmy, żelaznym gwoździem, nienaładowana kula szybko nabierze ładunku elektrycznego. Jeśli jednocześnie dotkniemy obu piłek drewnianym kijem lub kawałkiem gumy, wówczas kula, która nie miała ładunku, pozostanie nienaładowana. Substancje takie jak żelazo nazywane są przewodnikami prądu elektrycznego; drewno i guma nazywane są materiałami nieprzewodzącymi lub izolatorami.

Metale są na ogół dobrymi przewodnikami; Większość innych substancji jest izolatorami (jednak izolatory w niewielkim stopniu przewodzą prąd). Co ciekawe, prawie wszystkie materiały naturalne należą do jednej z tych dwóch wyraźnie różnych kategorii.
Istnieją jednak substancje (wśród których wymienić należy krzem, german i węgiel), które należą do kategorii pośredniej (ale też wyraźnie od siebie oddzielonej). Nazywa się je półprzewodnikami.

Z punktu widzenia teorii atomowej elektrony w izolatorach są bardzo ściśle związane z jądrami, podczas gdy w przewodnikach wiele elektronów jest związanych bardzo słabo i może swobodnie poruszać się w substancji.
Kiedy dodatnio naładowany obiekt zostanie zbliżony do przewodnika lub go dotknie, wolne elektrony szybko przemieszczają się w kierunku ładunku dodatniego. Jeśli obiekt jest naładowany ujemnie, wówczas elektrony, przeciwnie, mają tendencję do oddalania się od niego. W półprzewodnikach wolnych elektronów jest bardzo mało, a w izolatorach praktycznie ich nie ma.

Ładunek indukowany. Elektroskop

Przyłóżmy dodatnio naładowany metalowy przedmiot do innego (neutralnego) metalowego obiektu.

W momencie kontaktu wolne elektrony neutralnego obiektu zostaną przyciągnięte do dodatnio naładowanego elektronu i część z nich zostanie do niego przeniesiona. Ponieważ drugiemu obiektowi brakuje teraz pewnej liczby ujemnie naładowanych elektronów, zyskuje ładunek dodatni. Proces ten nazywa się elektryzacją ze względu na przewodność elektryczną.

Przybliżmy teraz dodatnio naładowany obiekt do neutralnego metalowego pręta, ale tak, aby się nie stykały. Chociaż elektrony nie opuszczą metalowego pręta, mimo wszystko będą przemieszczać się w stronę naładowanego obiektu; na przeciwległym końcu pręta pojawi się ładunek dodatni (ryc. 22.4). W tym przypadku mówi się, że na końcach metalowego pręta indukowany jest (lub indukowany) ładunek. Oczywiście nie powstają żadne nowe ładunki: ładunki po prostu się rozdzieliły, ale pręt pozostał elektrycznie obojętny. Gdybyśmy jednak teraz przecięli pręt w poprzek przez środek, otrzymalibyśmy dwa naładowane obiekty – jeden o ładunku ujemnym, drugi o ładunku dodatnim.

Ładunek można także nadać obiektowi metalowemu, łącząc go przewodem z ziemią (lub np. 22,5, o. Mówi się, że temat jest uziemiony. Ziemia ze względu na swoje ogromne rozmiary przyjmuje i oddaje elektrony; pełni rolę zbiornika ładunku. Jeśli zbliżysz naładowany, powiedzmy ujemnie, obiekt do metalu, wówczas wolne elektrony metalu zostaną odepchnięte i wiele z nich przejdzie wzdłuż drutu do ziemi (ryc. 22.5,6). Metal będzie naładowany dodatnio. Jeśli teraz odłączysz przewód, na metalu pozostanie indukowany dodatni ładunek. Ale jeśli zrobisz to po usunięciu ujemnie naładowanego obiektu z metalu, wszystkie elektrony będą miały czas na powrót, a metal pozostanie elektrycznie obojętny.

Do wykrywania ładunku elektrycznego służy elektroskop (lub prosty elektrometr).

Jak widać z rys. 22.6 składa się z korpusu, wewnątrz którego znajdują się dwa ruchome liście, często wykonane ze złota. (Czasami ruchome jest tylko jedno skrzydło.) Skrzydła są zamontowane na metalowym pręcie, który jest odizolowany od korpusu i kończy się na zewnątrz metalową kulką. Jeśli zbliżysz naładowany przedmiot do kuli, w pręcie nastąpi rozdzielenie ładunków (ryc. 22.7, a), liście okazują się podobnie naładowane i odpychają się, jak pokazano na rysunku.

Możesz całkowicie naładować pręt ze względu na przewodność elektryczną (ryc. 22.7, b). W każdym razie im większy ładunek, tym bardziej liście się rozchodzą.

Należy jednak pamiętać, że znaku ładunku nie można wyznaczyć w ten sposób: ładunek ujemny oddzieli liście dokładnie na tę samą odległość, co równy ładunek dodatni. A jednak do określenia znaku ładunku można użyć elektroskopu, w tym celu pręt musi najpierw otrzymać, powiedzmy, ładunek ujemny (ryc. 22.8, a). Jeśli teraz przyłożysz do kuli elektroskopu ujemnie naładowany obiekt (ryc. 22.8,6), wówczas dodatkowe elektrony przesuną się do liści i będą się one dalej od siebie oddalać. Wręcz przeciwnie, jeśli do kuli zostanie doprowadzony ładunek dodatni, wówczas elektrony odsuną się od liści i zbliżą się (ryc. 22.8, c), ponieważ ich ładunek ujemny zmniejszy się.

Elektroskop był szeroko stosowany u zarania elektrotechniki. Bardzo czułe nowoczesne elektrometry działają na tej samej zasadzie, gdy korzystają z obwodów elektronicznych.

Niniejsza publikacja powstała na podstawie materiałów z książki D. Giancoli. „Fizyka w dwóch tomach” 1984 Tom 2.

Ciąg dalszy nastąpi. Krótko o poniższej publikacji:

Siła F, z jaką jedno naładowane ciało oddziałuje na drugie naładowane ciało, jest proporcjonalne do iloczynu ich ładunków Q 1 i Q 2 i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości R między nimi.

Komentarze i sugestie są akceptowane i mile widziane!

Streszczenie o elektrotechnice

Ukończył: Agafonow Roman

Szkoła Rolniczo-Przemysłowa w Łudze

Niemożliwe jest podanie krótkiej definicji opłaty, która byłaby zadowalająca pod każdym względem. Jesteśmy przyzwyczajeni do znajdowania zrozumiałych wyjaśnień dla bardzo złożonych formacji i procesów, takich jak atom, ciekłe kryształy, rozkład cząsteczek ze względu na prędkość itp. Ale najbardziej podstawowych, fundamentalnych pojęć, niepodzielnych na prostsze, pozbawionych według dzisiejszej nauki jakiegokolwiek wewnętrznego mechanizmu, nie da się już krótko i zadowalająco wyjaśnić. Zwłaszcza jeśli przedmioty nie są bezpośrednio postrzegane przez nasze zmysły. Do tych podstawowych pojęć odnosi się ładunek elektryczny.

Spróbujmy najpierw dowiedzieć się nie czym jest ładunek elektryczny, ale co kryje się za stwierdzeniem: to ciało lub cząstka ma ładunek elektryczny.

Wiadomo, że wszystkie ciała zbudowane są z maleńkich cząstek, niepodzielnych na prostsze (o ile nauka obecnie wie) cząstki, które dlatego nazywane są cząstkami elementarnymi. Wszystkie cząstki elementarne mają masę i dzięki temu przyciągają się do siebie. Zgodnie z prawem powszechnego ciążenia siła przyciągania maleje stosunkowo wolno wraz ze wzrostem odległości między nimi: odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości. Ponadto większość cząstek elementarnych, choć nie wszystkie, ma zdolność oddziaływania ze sobą z siłą, która również maleje odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości, ale siła ta jest wielokrotnie większa niż siła grawitacji . Zatem w atomie wodoru, schematycznie pokazanym na rysunku 1, elektron jest przyciągany do jądra (protonu) z siłą 1039 razy większą niż siła przyciągania grawitacyjnego.

Jeśli cząstki oddziałują ze sobą z siłami, które powoli maleją wraz ze wzrostem odległości i są wielokrotnie większe niż siły grawitacji, wówczas mówi się, że cząstki te mają ładunek elektryczny. Same cząstki nazywane są naładowanymi. Istnieją cząstki bez ładunku elektrycznego, ale nie ma ładunku elektrycznego bez cząstki.

Oddziaływania pomiędzy naładowanymi cząstkami nazywane są elektromagnetycznymi. Kiedy mówimy, że elektrony i protony są naładowane elektrycznie, oznacza to, że są one zdolne do interakcji określonego rodzaju (elektromagnetycznych) i nic więcej. Brak ładunku na cząstkach powoduje, że nie wykrywa takich oddziaływań. Ładunek elektryczny określa intensywność oddziaływań elektromagnetycznych, tak jak masa określa intensywność oddziaływań grawitacyjnych. Ładunek elektryczny jest drugą (po masie) najważniejszą cechą cząstek elementarnych, która determinuje ich zachowanie w otaczającym świecie.

Zatem

Ładunek elektryczny to fizyczna wielkość skalarna charakteryzująca zdolność cząstek lub ciał do wchodzenia w interakcje sił elektromagnetycznych.

Ładunek elektryczny jest symbolizowany przez litery q lub Q.

Tak jak w mechanice często używa się koncepcji punktu materialnego, co pozwala znacznie uprościć rozwiązanie wielu problemów, tak przy badaniu oddziaływania ładunków sprawdza się koncepcja ładunku punktowego. Ładunek punktowy to naładowane ciało, którego wymiary są znacznie mniejsze niż odległość tego ciała od punktu obserwacji i innych naładowanych ciał. W szczególności, jeśli mówią o oddziaływaniu dwóch ładunków punktowych, zakładają tym samym, że odległość między dwoma rozważanymi naładowanymi ciałami jest znacznie większa niż ich wymiary liniowe.

Ładunek elektryczny cząstki elementarnej nie jest specjalnym „mechanizmem” cząstki, który można z niej usunąć, rozłożyć na części składowe i ponownie złożyć. Obecność ładunku elektrycznego na elektronie i innych cząstkach oznacza jedynie istnienie pewnych oddziaływań pomiędzy nimi.

W przyrodzie występują cząstki posiadające ładunki o przeciwnych znakach. Ładunek protonu nazywa się dodatnim, a ładunek elektronu ujemnym. Dodatni znak ładunku cząstki nie oznacza oczywiście, że ma ona jakieś szczególne zalety. Wprowadzenie ładunków dwóch znaków wyraża po prostu fakt, że naładowane cząstki mogą zarówno przyciągać, jak i odpychać. Jeśli znaki ładunku są takie same, cząstki odpychają się, a jeśli znaki ładunku są różne, przyciągają się.

Obecnie nie ma wyjaśnienia przyczyn istnienia dwóch rodzajów ładunków elektrycznych. W każdym razie nie stwierdzono zasadniczych różnic pomiędzy ładunkami dodatnimi i ujemnymi. Gdyby znaki ładunków elektrycznych cząstek zmieniły się na przeciwne, wówczas natura oddziaływań elektromagnetycznych w przyrodzie nie uległaby zmianie.

Ładunki dodatnie i ujemne są bardzo dobrze zrównoważone we Wszechświecie. A jeśli Wszechświat jest skończony, to jego całkowity ładunek elektryczny jest najprawdopodobniej równy zeru.

Najbardziej niezwykłą rzeczą jest to, że ładunek elektryczny wszystkich cząstek elementarnych jest dokładnie tej samej wielkości. Istnieje ładunek minimalny, zwany elementarnym, który posiadają wszystkie naładowane cząstki elementarne. Ładunek może być dodatni, jak proton, lub ujemny, jak elektron, ale moduł ładunku jest taki sam we wszystkich przypadkach.

Nie da się oddzielić części ładunku np. od elektronu. To jest chyba najbardziej zaskakujące. Żadna współczesna teoria nie jest w stanie wyjaśnić, dlaczego ładunki wszystkich cząstek są takie same i nie jest w stanie obliczyć wartości minimalnego ładunku elektrycznego. Określa się to eksperymentalnie za pomocą różnych eksperymentów.

W latach sześćdziesiątych XX wieku, gdy liczba nowo odkrytych cząstek elementarnych zaczęła niepokojąco rosnąć, postawiono hipotezę, że wszystkie cząstki silnie oddziałujące są złożone. Bardziej podstawowe cząstki nazywano kwarkami. Uderzające było to, że kwarki powinny mieć ułamkowy ładunek elektryczny: 1/3 i 2/3 ładunku elementarnego. Do budowy protonów i neutronów wystarczą dwa rodzaje kwarków. A ich maksymalna liczba najwyraźniej nie przekracza sześciu.

Nie da się stworzyć makroskopowego wzorca jednostki ładunku elektrycznego, podobnego do wzorca długości – metra, ze względu na nieunikniony wyciek ładunku. Naturalne byłoby przyjąć ładunek elektronu jako jeden (obecnie tak się dzieje w fizyce atomowej). Ale w czasach Coulomba istnienie elektronów w przyrodzie nie było jeszcze znane. Ponadto ładunek elektronu jest zbyt mały i dlatego trudno go zastosować jako wzorzec.

W Międzynarodowym Układzie Jednostek (SI) jednostka ładunku, kulomb, jest ustalana przy użyciu jednostki prądu:

1 kulomb (C) to ładunek przechodzący przez przekrój poprzeczny przewodnika w ciągu 1 s przy prądzie 1 A.

Ładunek 1 C jest bardzo duży. Dwa takie ładunki znajdujące się w odległości 1 km odepchnęłyby się z siłą nieco mniejszą niż siła, z jaką kula przyciąga ładunek o masie 1 tony. Dlatego też małemu ciału nie można nadać ładunku o wartości 1 C (ok kilka metrów). Odpychając się od siebie, naładowane cząstki nie byłyby w stanie utrzymać się na takim ciele. W przyrodzie nie istnieją żadne inne siły, które w tych warunkach byłyby w stanie zrekompensować odpychanie Coulomba. Ale w przewodniku, który jest ogólnie obojętny, nie jest trudno wprawić w ruch ładunek 1 C. Rzeczywiście, w zwykłej żarówce o mocy 100 W przy napięciu 127 V ustala się prąd nieco mniejszy niż 1 A. Jednocześnie w ciągu 1 s przez krzyż przechodzi ładunek prawie równy 1 C -część dyrygenta.

Elektrometr służy do wykrywania i pomiaru ładunków elektrycznych. Elektrometr składa się z metalowego pręta i wskazówki, która może obracać się wokół osi poziomej (ryc. 2). Pręt ze strzałką osadzony jest w tulei z plexi i umieszczony w cylindrycznej metalowej obudowie, zamkniętej szklanymi pokrywami.

Zasada działania elektrometru. Przyłóżmy dodatnio naładowany pręt do pręta elektrometru. Zobaczymy, że igła elektrometru odchyla się o pewien kąt (patrz ryc. 2). Obrót strzałki tłumaczy się tym, że gdy naładowane ciało styka się z prętem elektrometru, ładunki elektryczne rozkładają się wzdłuż strzałki i pręta. Siły odpychające działające pomiędzy podobnymi ładunkami elektrycznymi na pręcie i wskazówce powodują obrót wskazówki. Naelektryzujmy ponownie pręt ebonitowy i ponownie dotknij nim pręta elektrometru. Doświadczenie pokazuje, że wraz ze wzrostem ładunku elektrycznego na pręcie zwiększa się kąt odchylenia strzałki od położenia pionowego. W związku z tym na podstawie kąta odchylenia igły elektrometru można ocenić wartość ładunku elektrycznego przekazanego na pręt elektrometru.

Całość wszystkich znanych faktów eksperymentalnych pozwala nam podkreślić następujące właściwości ładunku:

Istnieją dwa rodzaje ładunków elektrycznych, umownie nazywane dodatnimi i ujemnymi. Ciała naładowane dodatnio to takie, które działają na inne naładowane ciała w taki sam sposób, jak szkło naelektryzowane przez tarcie o jedwab. Ciała, które działają w taki sam sposób jak ebonit naelektryzowany przez tarcie z wełną, nazywane są naładowanymi ujemnie. Wybór nazwy „dodatni” dla ładunków powstających na szkle i „ujemny” dla ładunków na ebonicie jest całkowicie przypadkowy.

Ładunki mogą być przenoszone (na przykład przez bezpośredni kontakt) z jednego ciała na drugie. W przeciwieństwie do masy ciała, ładunek elektryczny nie jest integralną cechą danego ciała. To samo ciało w różnych warunkach może mieć inny ładunek.

Ładunek elektryczny to wielkość fizyczna charakteryzująca zdolność cząstek lub ciał do wchodzenia w interakcje sił elektromagnetycznych. El z. zwykle oznaczane literami q lub Q. Całość znanych faktów eksperymentalnych pozwala nam wyciągnąć następujące wnioski:

Istnieją dwa rodzaje ładunków elektrycznych, umownie nazywane dodatnimi i ujemnymi.

Podobnie jak ładunki odpychają się, w przeciwieństwie do ładunków przyciągają. Ujawnia to również zasadniczą różnicę pomiędzy siłami elektromagnetycznymi i grawitacyjnymi. Siły grawitacyjne są zawsze siłami przyciągającymi.

Jedno z podstawowych praw natury jest ustalone eksperymentalnie prawo zachowania ładunku elektrycznego .

W układzie izolowanym suma algebraiczna ładunków wszystkich ciał pozostaje stała:

Q 1 + Q 2 + Q 3 + ... +qn= stała

Prawo zachowania ładunku elektrycznego mówi, że w zamkniętym układzie ciał nie można zaobserwować procesów powstawania lub zaniku ładunków tylko jednego znaku.

Z współczesnego punktu widzenia nośniki ładunku są cząstkami elementarnymi. Wszystkie zwykłe ciała składają się z atomów, do których zaliczają się dodatnio naładowane protony, ujemnie naładowane elektrony i cząstki obojętne – neutrony. Protony i neutrony są częścią jąder atomowych, elektrony tworzą powłokę elektronową atomów. Ładunki elektryczne protonu i elektronu są dokładnie tej samej wielkości i równe ładunkowi elementarnemu mi.

W atomie obojętnym liczba protonów w jądrze jest równa liczbie elektronów na powłoce. Numer ten nazywa się Liczba atomowa . Atom danej substancji może stracić jeden lub więcej elektronów lub zyskać dodatkowy elektron. W takich przypadkach neutralny atom zamienia się w jon naładowany dodatnio lub ujemnie.

Ładunek może być przenoszony z jednego ciała na drugie tylko w porcjach zawierających całkowitą liczbę ładunków elementarnych. Zatem ładunek elektryczny ciała wynosi dyskretna ilość:

Nazywa się wielkości fizyczne, które mogą przyjmować tylko dyskretny szereg wartości skwantowany . Opłata podstawowa mi jest kwantem (najmniejszą częścią) ładunku elektrycznego. Należy zaznaczyć, że we współczesnej fizyce cząstek elementarnych zakłada się istnienie tzw. kwarków – cząstek o ładunku ułamkowym i nie zaobserwowano dotychczas jednak kwarków w stanie swobodnym.

W typowych eksperymentach laboratoryjnych a elektrometr - urządzenie składające się z metalowego pręta i wskazówki, które może obracać się wokół osi poziomej.

Elektrometr jest raczej prymitywnym instrumentem; nie pozwala na badanie sił oddziaływania pomiędzy ładunkami. Prawo oddziaływania ładunków stacjonarnych po raz pierwszy odkrył francuski fizyk C. Coulomb w 1785 r. W swoich eksperymentach Coulomb mierzył siły przyciągania i odpychania naładowanych kulek za pomocą zaprojektowanego przez siebie urządzenia - wagi skrętnej (ryc. 1.1.2). ), który wyróżniał się wyjątkowo dużą czułością. Przykładowo, równoważnia została obrócona o 1° pod wpływem siły rzędu 10 –9 N.

Idea pomiarów opierała się na genialnym przypuszczeniu Coulomba, że jeśli naładowana kula zetknie się z dokładnie tą samą nienaładowaną, wówczas ładunek pierwszej zostanie równo rozdzielony pomiędzy nimi. Wskazano zatem sposób na zmianę ładunku piłki dwa, trzy itd. razy. W doświadczeniach Coulomba mierzono oddziaływanie pomiędzy kulkami, których wymiary były znacznie mniejsze niż odległość między nimi. Takie naładowane ciała są zwykle nazywane opłaty punktowe.

Ładunek punktowy to naładowane ciało, którego wymiary można pominąć w warunkach tego problemu.

Istnieje również:ładunek liniowy t(tau)=dq/dl, l-długość, dq-ładunek nici

Ładunek powierzchniowy: σ =dq/ds s-powierzchnia (ogniwo/m2)

Ładunek objętościowy p(ro)=dq/dv (ogniwo/m3)

Siły oddziaływania podlegają trzeciemu prawu Newtona: są to siły odpychające o tych samych znakach ładunków i siły przyciągające o różnych znakach (rys. 1.1.3). Nazywa się oddziaływaniem stacjonarnych ładunków elektrycznych elektrostatyczny Lub Kulomb interakcja. Dział elektrodynamiki badający oddziaływanie Coulomba nazywa się elektrostatyka .

Prawo Coulomba obowiązuje dla ciał naładowanych punktowo. W praktyce prawo Coulomba jest dobrze spełnione, jeśli rozmiary naładowanych ciał są znacznie mniejsze niż odległość między nimi.

Czynnik proporcjonalności k w prawie Coulomba zależy od wyboru układu jednostek. W międzynarodowym układzie SI za jednostkę ładunku przyjmuje się wisiorek(Cl).

Wisiorek to ładunek przechodzący przez przekrój poprzeczny przewodnika w ciągu 1 s przy prądzie 1 A. Jednostką prądu (ampera) w SI jest wraz z jednostkami długości, czasu i masy podstawowa jednostka miary.

Współczynnik k w układzie SI jest to zwykle zapisywane jako:

Doświadczenie pokazuje, że siły oddziaływania Coulomba podlegają zasadzie superpozycji.

Jeżeli naładowane ciało oddziałuje jednocześnie z kilkoma naładowanymi ciałami, wówczas powstała siła działająca na dane ciało jest równa sumie wektorów sił działających na to ciało ze wszystkich innych naładowanych ciał.

Zasada superpozycji jest podstawowym prawem natury. Jednak jego użycie wymaga pewnej ostrożności, gdy mówimy o oddziaływaniu naładowanych ciał o skończonych rozmiarach (na przykład dwie przewodzące naładowane kule 1 i 2). Jeśli trzecia naładowana kula zostanie doprowadzona do układu dwóch naładowanych kul, wówczas interakcja pomiędzy 1 i 2 ulegnie zmianie ze względu na redystrybucję opłat.

Zasada superpozycji mówi, że kiedy zadany (stały) rozkład ładunku na wszystkich ciałach siły oddziaływania elektrostatycznego między dowolnymi dwoma ciałami nie zależą od obecności innych naładowanych ciał.