ЧТО ТАКОЕ ЭЛЕКТРОДИНАМИКА Приступим к новому разделу физики «Электродинамика». Речь пойдет о процессах, которые определяются движением и взаимодействием электрически заряженных частиц. Такое взаимодействие называется электромагнитным. Изучение природы этого взаимодействия приведет нас к одному из самых фундаментальных понятий физики электромагнитному полю.

Электродинамика это наука о свойствах и закономерностях поведения особого вида материи электро­магнитного поля, осуществляющего взаимодействие между электрически заряженными телами или частицами.

Типы взаимодействия Гравитационное Электромагнитные взаимодействия занимают первое место по широте и разнообразию проявлений. Электромагнитное Сильное (ядерное) Слабое (эл. частицы)

К созданию электродинамики привела длинная цепь планомерных исследований и случайных открытий, начиная с обнаружения способности янтаря, потертого о шерсть, притягивать легкие предметы и кончая гипотезой великого английского ученого Джеймса Клерка Максвелла о порождении магнитного поля переменным электрическим полем. Лишь во второй половине XIX в., после создания электродинамики, началось широкое практическое использование электромагнитных явлений. Изобретение радио А. С. Поповым ( ) и Г. Маркони ( ) одно из важнейших применений принципов новой теории.

При развитии электродинамики впервые научные исследования предшествовали техническим применениям. Если паровая машина была построена задолго до создания теории тепловых процессов, то сконструировать электродвигатель или радиоприемник оказалось возможным лишь после открытия и изучения законов электродинамики. Бесчисленные практические применения электромагнитных явлений преобразовали жизнь людей на всем земном шаре. Современная цивилизация немыслима без электрического тока.

Вначале рассмотрим наиболее простой случай, когда электрически заряженные тела находятся в покое. Раздел электродинамики, посвященный изучению покоящихся электрически заряженных тел, называют электростатикой.

Структура Вселенной формируется гравитационным притяжением тел. Но притяжение привело бы к сжатию. Для существования стабильных размеров тел должны существовать силы отталкивания между частицами тела. Такими силами являются силы электромагнитного взаимодействия. Силы электромагнитного взаимодействия частиц тела на много порядков превосходят гравитационные силы. Электромагнитные притяжения и отталкивания возникают лишь между заряженными частицами.

Со словами электричество, электрический заряд, электрический ток вы встречались много раз и успели к ним привыкнуть. Но попробуйте ответить на вопрос: «Что такое электрический заряд?» и вы убедитесь, что это не так-то просто. Дело в том, что понятие заряд это основное, первичное понятие, которое не сводится на современном уровне развития наших знаний к каким-либо более простым, элементарным понятиям. Попытаемся сначала выяснить, что понимают под утверждением: «Данное тело или частица имеет электрический заряд».

Вы знаете, что все тела построены из мельчайших частиц, которые неделимы на более простые и поэтому называются элементарными. Все элементарные частицы имеют массу и благодаря этому притягиваются друг к другу согласно закону всемирного тяготения. С увеличением расстояния между частицами сила тяготения убывает обратно пропорционально квадрату этого расстояния. Большинство элементарных частиц, хотя и не все, кроме того, обладают способностью взаимодействовать друг с другом с силой, которая также убывает обратно пропорционально квадрату расстояния, но эта сила в огромное число раз превосходит силу тяготения. Так, в атоме водорода, изображенном электрон притягивается к ядру (протону) с силой, в 1039 раз превышающей силу гравитационного притяжения.

Если частицы взаимодействуют друг с другом с силами, которые убывают с увеличением расстояния так же, как и силы всемирного тяготения, но превышают силы тяготения во много раз, то говорят, что эти частицы имеют электрический заряд. Сами частицы называются заряженными. Бывают частицы без электрического заряда, но не существует электрического заряда без частицы. _ Взаимодействия между заряженными частицами носят название электромагнитных. Электрический заряд определяет интенсивность электромагнитных взаимодействий подобно тому как масса определяет интенсивность гравитационных взаимодействий.

Эксперимент 1 Подвесили на нитку кусочек фольги. И поднесем к нему палочку из оргстекла. Что вы наблюдаете? Никаких изменений не происходит. Значит, тело не обладает зарядами. Натрем палочку из оргстекла о бумагу. Кусочек фольги начал притягиваться. Значит, один из способов сообщить телу электрический заряд - натереть его. Убедиться, что это не единственный способ зарядить тела.

Эксперимент 2 Ударим эбонитовой палочкой о резиновую трубку. Поднесем тела к электрометрам, а затем соединим, стрелки вначале отклонятся, а после соединения проволокой вернутся в первоначальное положение. Эбонитовая палочка и резиновая трубка «зарядилась» разными по знаку зарядами, но одинаковыми по модулю. Способность частиц (или тел) к электромагнитному взаимодействию характеризует электрический заряд.

Электрический заряд - физическая величина, определяющая силу электро­магнитного взаимодействия.

Эксперимент 3 Отрежем две полоски бумаги по ширине около 1 см. Сблизим. Взаимодействие отсутствует. Положим на тетрадь и проведем несколько раз ручкой. Будем сближать полоски, взяв их в руки, полоски оттолкнутся друг от друга.

Эксперимент 4 К подвешенной фольге поднести заряженную палочку, фольга притягивается. Если же фольга коснется палочки, фольга будет отталкиваться.

Значит, заряженные тела могут отталкиваться. Это объясняется существованием двух различных зарядов. Один из них положительный, а другой отрицательный.

Следовательно, между электрическими зарядами одинакового знака действуют силы отталкивания, а между зарядами противоположных знаков действуют силы притяжения. Для обнаружения и измерения электрических зарядов применяют электрометр. По углу отклонения стрелки электрометра можно судить о значении электрического заряда, переданного стержню электрометра.

Эксперимент 5 Установим два одинаковых электрометра. На стержне одного из них укрепим металлический диск и поставим на него второй такой же с ручкой изолятора. Между дисками положим кусок сукна. Взявшись за ручку, сделаем несколько движений и снимаем верхний диск. Стрелка электрометра отклонится. Верхний диск поднесем ко второму электрометру. Стрелки электрометров отклонились на один и тот же угол, примерно. Теперь соединим проволокой электрометры, стрелки вернутся в первоначальное положение.

Самые точные эксперименты показали, что в результате электронизации тел при соприкосновении на них всегда возникают электрические заряды, равные по модулю и противоположные по знаку. Электрические заряды могут появиться и при других взаимодействиях, под воздействием света.

Внутри изолированной системы при любых взаимодействиях алгебраичес­кая сумма электрических зарядов остается постоянной: q 1 + q q п = const Нигде и никогда не исчезает электрический заряд одного знака. Появление положительного электрического заряда всегда сопровождается появлением равного по модулю отрицательного заряда.