Слободянюк А.И. Физика 10/8.3
§8. Электростатические взаимодействия. Электрический заряд. Закон Кулона
8.3. Единицы измерения электрического заряда
Сейчас нам проще всего установить величину единицы заряда на основании закона Кулона. Для этого можно положить коэффициент пропорциональности в формулах (1)-(2) равным единице и дать следующее определение единицы заряда: два единичных заряда, находящихся на единичном расстоянии, взаимодействуют с единичной силой. Кстати именно так определяется величина заряда в одной из систем единиц измерения СГСЭ, которой до сих пор с удовольствием пользуются некоторые физики-теоретики. В общепринятой (и обязательной) системе единиц СИ принято другое определение единицы заряда, основанное на другом физическом законе – законе взаимодействия электрических токов Ампера, строгое определение этой единицы мы дадим при изучении взаимодействия токов. Основная причина такого определения заключается в том, что создать эталон силы тока технически намного проще, чем эталон электрического заряда. Поэтому в системе СИ в качестве основной электрической единицы выбрана единица силы тока – Ампер. Единица заряда в этой системе является производной. Эта единица носит название Кулон (сокращенно Кл), в честь автора основного закона электростатики. По определению 1 Кулон это заряд, который протекает через поперечное сечение проводника при силе тока в 1 Ампер за 1 секунду: [Кл] = [А]•[с].
Можно обратится к аналогии с законом всемирного тяготения — как мы упоминали, на основании этого закона можно было бы установить единицы гравитационной массы. Однако оказалось удобней установить эталон инерционной массы – килограмм. Поэтому в законе всемирного тяготения появился размерный коэффициент пропорциональности — гравитационная постоянная.
Аналогично, так как единица заряда установлена на основании закона Ампера, в законе Кулона коэффициент пропорциональности должен иметь размерность, а его численное значение определяется экспериментально.
Для упрощения многих формул электростатики коэффициент пропорциональности в системе СИ записывают в несколько непривычной форме
где константа ε0 называется электрической постоянной. Поэтому формула закона Ш. Кулона в системе СИ имеет вид
Экспериментально[1] определенное численное значение электрической постоянной равно ε0 ≈ 8,85•10-12 Кл2/(Н•м2). При расчетах удобно использовать значение константы k ≈ 9•109 (Н•м2)/Кл2.
Физический смысл коэффициента k очевиден – два заряда величиной в 1 Кл каждый, находящиеся на расстоянии в 1 метр взаимодействуют с силой 9•109 H. Обратите внимание громадность этой силы! Для электростатики заряд в 1 Кулон является очень большим – описанные нами стеклянные и эбонитовые палочки при электризации трением имеют заряды порядка 10-10 Кл.
Примечания
- ↑ В 1985 году были переопределены основные единицы системы СИ. В частности в качестве точной фундаментальной точной константы принята скорость света в вакууме. В связи с этим электрическая постоянная стала точной константой, так как она связана со скоростью света.
Смотреть HD
видео онлайн
бесплатно 2022 года
