Electricitate și Magnetism

Una dintre proprietăţile fundamentale ale materiei este existenţa sarcinilor electrice de doua tipuri. Cele de aceiaşi semn se resping, iar cele de semn contrar se atrag. Arbitrar unul dintre tipuri poate fi considerat pozitiv, iar celălalt negative.

Experimental existenţa sarcinilor electrice a fost dovedită prima dată prin electrizarea prin frecare: în cazul izolatorilor sarcinile rămân acolo unde au fost produse, iar în cazul conductorilor acestea migrează. După un anumit timp, denumit timp de relaxare ambele tipuri de corpuri revin la neutralitate.

Conservarea sarcinilor electrice arata că întotdeauna, numărul de sarcini negative este egal cu cel al sarcinilor positive dacă sistemul este izolat.

Cuantificarea sarcinilor electrice a fost pusă în evidenţă experimental prin următoarele experimente:

a) eletroliza – prin legile observate de Faradaz arată că masa depusă pe unul dintre electrozi este întotdeauna proporţională cu raportul A/n, unde A este masa atomică şi n este numărul întreg

b) deviaţia electronului în câm electric – observat experimental de către Thomson ce permite măsurarea sarcinii specifice a electronului, adică a raportului e/m, unde e este sarcina elecronului şi m masa lui

c) experimentul lui Milikan efectuat pe picături foarte fine de ulei electrizate prin frecarea cu aerul a căror deplasare în câmp electric conduce la concluzia că: sarcina unei picături este multiplu a unei valori elementare, e este egal cu -1,6 * 10-19 C (Coulomb).

Din punct de vedere macroscopic se utilizează distribuţii continuii de sarcini electrice pentru care definim următoarele mărimi:

a) densitatea volumică de sarcină electrică:

;

Unitatea de măsura este

Mărimea este una locală, iar valoare totală se obţine prin integreare volumică:

b) densitate superficială de sarcină electrică:

sarcină distribuită pe unitatea de suprafaţă.

Unitatea de măsura este

Sarcina totală pe o suprafaţă S se obşine prin integrare:

c) densitatea liniară de sarcină electrică:

unitatea de măsură este

Sarcina totală se obţine prin intregare

1. Legea lui Coulomb şi limitele de aplicare

Un sistem de sarcini electrice este în echilibru electrostatic dacă distanţa dintre oricare dintre acestea nu se modifică.

În mod convenabil putem alege un sistem de coordonate faţă de care sarcinile sunt în repaus.

Legea fundamentală a electrostaticii (Legea lui Coulomb) dă forţa de intreacţiune dintre două sarcini electrice punctifore q şi q’ având poziţiile date de vectorii de poziţie şi în raport cu reperul considerat.

Aceasta este invers proporţională cu pătratul distanţei dintre cele două, fiind pe direcţia dreptei ce uneşte cele două sarcini.

Sensul este determinat de semnul sarcinilor electrice.