on-line
Сейчас на сайте 1 пользователь и 49 гостей.

Пользователи на сайте

  • fizportal.ru
Вход в систему
Яндекс.Метрика

35.3 Единицы измерения электрического заряда.

 К данному моменту нашего повествования сложилась парадоксальная ситуация − мы сформулировали закон взаимодействия заряженных тел, выразили его в виде формулы, но не определили величины зарядов этих тел. Для такого определения необходимо задать единицу измерения электрического заряда. Проще всего в качестве эталона заряда использовать некоторое, хорошо известное всем заряженное тело, например, электрон1. Как мы увидим в дальнейшем, заряд электрона является естественной единицей измерения заряда. Но, во-первых, электрон был открыт относительно недавно, каких-то сто лет назад, и примерно через сто лет после открытия закона Кулона. Во-вторых, этот заряд мал, поэтому его использование для определения зарядов макроскопических тел не удобно. Заметим, что в ядерной физике и физике элементарных частиц заряд электрона является единицей измерения зарядов других частиц.
 Для задания единиц измерения физических величин необходимо использовать физические законы. С этой точки зрения можно 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:


 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 εo называется электрической постоянной. Поэтому формула закона Ш. Кулона в системе СИ имеет вид

Экспериментально2 определенное численное значение электрической постоянной равно

При расчетах удобно использовать значение константы

 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.


1Определили же когда-то в качестве единицы массы массу одного литра обыкновенной воды (правда, потом уточнили − дисцилированной и при температуре 4 °С).
2В 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.