В Международной системе единиц физических величин (СИ) единицей заряда служит кулон (Кл). Эта единица является производной. Основной единицей в СИ является единица силы тока – ампер (А) (§ 42).
Заряд, равный одному кулону, определяют как заряд, проходящий за одну секунду через поперечное сечение проводника, по которому течет постоянный ток силы один ампер. В соответствии с этим кулон называют также ампер-секундой (А×с).
Опытным путем установлено, что в случае, если заряды выражать в кулонах, расстояние в метрах, а силу в ньютонах, коэффициент пропорциональности в формуле (10.1) оказывается равным Н×м2/Кл2:
. (11.1)
Отсюда следует, что один кулон – это такой заряд, который в вакууме действует на равный ему заряд, удаленный на расстояние один метр, с силой ньютонов.
Для того чтобы избавиться от множителя в наиболее употребительных в электротехнике формулах, коэффициент пропорциональности записывают в виде :
. (11.2)
Соответственно видоизменяются и другие формулы. Подобная запись формул называется рационализованной.
Величину называют электрической постоянной. Из сравнения формул (11.1) и (11.2) следует, что
Н×м2/Кл2,
откуда
(11.3)
Впоследствии (§ 34) выяснится, что единица, в которой выражена величина , может быть названа «фарад на метр», где фарад (Ф) – единица электрической емкости. Следовательно, можно написать, что
(11.4)
11.1. С какой силой притягиваются два разноименных заряда, равных 1 мкКл каждый, помещенные на расстоянии 0,3 м друг от друга?
11.2. Бузиновый шарик, подвешенный на шелковой нити, имеет заряд 10 нКл. Вблизи него, на той же высоте, подвешен другой заряженный шарик, несущий такой же заряд (рис. 20). В результате взаимного отталкивания шарики расходятся на расстояние
Рис. 20. К упражнению 11.2
10 см. На какой угол отклоняются шарики от вертикали? Масса каждого шарика равна 0,1 г.
11.3. Два одинаковых бузиновых шарика были подвешены на одном крючке и заряжены. После этого они оказались отклоненными от вертикали на угол, равный 5,7°. Длина нитей равна 1 м, масса каждого из шариков равна 1 г. Какой заряд находится на каждом шарике?
11.4. Заряд электрона равен Кл. Вообразим, что от каждой молекулы воды, содержащейся в одном литре, оторвано по одному электрону и затем все электроны удалены от ионов на расстояние, равное расстоянию между полюсами Земли, т. е. на 12 800 км. С какой силой притягивались бы эти заряды? Напомним, что число молекул в моле равно .
11.5. Атом водорода состоит из положительного ядра, вокруг которого вращается один электрон. С какой частотой должен вращаться электрон вокруг ядра, чтобы не упасть на ядро, если его орбита – окружность радиуса м? Масса электрона равна кг.
Комментарии: (0)