Закон Кулона
Взаємодія заряджених тіл призводить до тяжіння між різнойменно зарядженими тілами й відштовхуванню між однойменно зарядженими тілами. Закон Кулона установлює силу електростатичної взаємодії між двома точковими зарядами. У вакуумі ця сила прямо пропорційна величинам зарядів i обернено пропорційна квадрату відстані r між ними. Наприклад, сила з якою додатній заряд q діє на пробний заряд q0 (див. Мал.72) у напрямку одиничного вектора er дорівнює erqqkF20rr=. (1)
Вектор сили взаємодії лежить на прямій, що сполучає центри зарядів і тому її називають ще й центральною. Коефіцієнт пропорційності k є розмірним 2290КлмН10941k⋅⋅=πε=. (2)
Величина м1085.8k41120Φ⋅=π=ε− називається електричною сталою. Одиничний вектор напрямку сили erFr направлений уздовж прямої, яка з'єднує заряди у напрямку від додатного q. Якщо заряд q від'ємний, то сила Fr направлена до q. У випадкові макроскопічного (не точкового) заряду його можна умовно поділити на точкові заряди і, як показує експеримент, розглядати взаємодію кожного із них з точковим зарядом qiqΔ0 незалежно.
Якщо точкові заряди розміщені в середовищі, яке називається діелектриком, то сила взаємодії в ньому буде в ε раз менше ніж у вакуумі, тобто erqqkF20rrε=. (3)
Це явище виникає тому, що зовнішнім полем у діелектрикові - речовині, яка не має вільних зарядів, створюється внутрішнє поле зв'язаних зарядів атомів чи молекул. Їх електричне поле має протилежний напрям зовнішньому полю і зменшує його величину. Коефіцієнт ε називається діелектричною проникливістю середовища. Для будь-якої речовини , наприклад, діелектрична проникливість повітря становить 1, а води 81. Сила взаємодії між зарядами у вакуумі при однаковій відстані між ними завжди більша ніж у діелектрику. 1≥ε
Будь-яке заряджене макроскопічне тіло можна розглядати як систему точкових зарядів Δqi. Електростатична взаємодія між двома зарядженими макроскопічними тілами відбувається із силою, що дорівнює векторній сумі сил, прикладених до всіх точкових зарядів даного тіла Δqs із боку кожного з точкових зарядів другого тіла Δqj.
В подальшому будуть вживатися густини рівномірно розподілених зарядів таких видів:
• лінійна густина dldq=τ, де dq ⎯ заряд ділянки стержня довжиною dl,
• поверхнева густина dSdq=σ, де dq ⎯ заряд на поверхні площею dS,
• об'ємна густина dVdq=ρ, де dq ⎯заряд малого елемента об'ємом dV.
