§ 3. Закон Кулона

Опыт показывает, что между двумя наэлектризованными телами возникают силы механического взаимодействия. Под влиянием этих сил разноименные заряды (положительный и отрицательный) притягиваются, а одноименные (оба положительные или оба отрицательные) - отталкиваются. Силы взаимодействия между зарядами называются электростатическими.

Опытным путем французский физик Кулон установил, что сила взаимодействия F пропорциональна величине взаимодействующих зарядов q₁ и q₂ и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними (рис. 4).

Рис. 4. Взаимодействие электрических зарядов: а - заряженных разноименно, б - заряженных одноименно

Направление действия этой силы совпадает с направлением прямой, проходящей через оба заряда.

Позднейшие исследования показали, что сила взаимодействия между зарядами зависит также от электрических свойств среды, в которой находятся заряды.

Если размеры заряженных тел очень малы по сравнению с расстоянием r между ними, то говорят, что речь идет о точечных зарядах g₁ и g₂. Формулу Кулона в этом случае можно представить в следующем виде:

где F - сила взаимодействия между электрическими зарядами, н;

К - коэффициент, зависящий от принятой системы единиц измерения; в СИ множитель К = ¹/_4π;

q - величина заряда, к;

ε_а - величина, характеризующая среду между зарядами, называется абсолютной диэлектрической проницаемостью среды.

Для пустоты абсолютная диэлектрическая проницаемость имеет минимальное значение и ее принято обозначать ε₀.

Обычно абсолютную диэлектрическую проницаемость среды ε_c сравнивают с абсолютной проницаемостью пустоты ε₀. Отношение ε_с к ε₀ обозначают буквой ε и называют относительной диэлектрической проницаемостью:

Относительная диэлектрическая проницаемость является безразмерной величиной.

В СИ формула Кулона будет иметь вид

Приведем значения относительной диэлектрической проницаемости для некоторых материалов, применяемых в электротехнике:

Пример 1. Определить силу взаимодействия между двумя зарядами, находящимися в пустоте на расстоянии один от другого 5 см. Величина зарядов равна 2⋅10^-8 к и 3⋅10^-5 к:

так как 1 н = 102 Г, то F = 2,16⋅102 = 220 Г.

Те же заряды, помещенные на том же расстоянии в керосин, будут взаимодействовать между собой с силой

т. е. сила уменьшилась в два раза.