ФІЗИКА. Вчимося розв'язувати задачі. "ЕЛЕКТРИКА І МАГНЕТИЗМ". Компенсаційний курс

Усі сили, що спостерігаються в природі й використовуються людиною, є проявами всього чотирьох фундаментальних (таких, що не зводяться до інших) взаємодій: гравітаційної, електромагнітної, сильної (ядерної) та слабкої. При цьому останні дві спостерігаються лише на субмікроскопічних відстанях і є відповідальні за процеси в ядрах атомів та при зіткненнях елементарних частинок надвисоких енергій.  Тож усі властивості тіл і явища (крім гравітації), що спостерігаються на відстанях масштабу атома й більше, мають електромагнітну природу. Зокрема це стосується ’’механічних“ (пружність і тертя та хімічних процесів і оптичних явищ.

Гравітація або ’’всесвітнє тяжіння“ існує між будь-якими матеріальними об'єктами. Але електромагнітна взаємодія спостерігається тільки між частинками, що мають електричний заряд. Такими зокрема є електрони та протони – частинки, що входять до складу атомів речовини.

 Електричний заряд є й ознакою, й фізичною величиною – кількісною мірою електромагнітної взаємодії. Одиницею електричного заряду є кулон (1Кл).

Заряд є невіддільною від частинки характеристикою. Тому зазвичай говорять не про ’’взаємодію частинок, які мають електричний заряд“, а просто про взаємодію зарядів.

Природу електричного заряду ще достеменно не встановлено, але його властивості є добре вивчені. Головні з них такі:

1. Існує два види заряду, що називаються позитивним і негативним. При цьому однойменні заряди відштовхуються, а різнойменні притягаються.

2. Заряд – дискретна величина. Усі заряджені елементарні частинки, що можуть існувати у вільному стані, зокрема електрони і протони, що входять до складу атомів і молекул, мають заряди однакової величини е = ± 1,6·10^–19 Кл, яка називається елементарним зарядом. Тому заряд усякого макроскопічного тіла теж є дискретним. Одначе через гранично малу величину е та велику кількість молекул у тілі можна вважати, що заряд у ньому розподіляється неперервно і може змінюватися на будь-яку величину.

3. Для заряду виконується універсальний закон збереження:

Взаємодія між зарядженими частинками здійснюється не безпосередньо, а передається від точки до точки із скінченною швидкістю і здійснюється через електромагнітне поле, що існує навколо кожного заданого заряду й діє на будь-який інший заряд. У загальному випадку сила електромагнітної взаємодії залежить від величини зарядів, їхнього взаємного розташування та стану руху. Але ця залежність є такою, що електромагнітну силу \(\vec{F}\) завжди можна розділити на дві складові – електричну \(\vec{F}_{e}\) і магнітну \(\vec{F}_{м}\)  так, що

При цьому електрична сила визначається величиною і просторовим розташуванням зарядів, а магнітна – їхнім станом руху. Відповідно й електромагнітне поле можна трактувати як сукупність електричного та магнітного полів. Така можливість є дуже зручною й продуктивною, але не означає існування в природі двох окремих названих полів. Тож

електричне та магнітне поля є двома різними проявами єдиного електромагнітного поля.