Rozdz. 5 Podsumowanie - Fizyka dla szkół wyższych. Tom 2

Są tylko dwa rodzaje ładunków, nazywane dodatnimi i ujemnymi. Ładunki zgodne odpychają się, ładunki przeciwne przyciągają, a siła pomiędzy nimi maleje z kwadratem odległości.
Nośnikami zdecydowanej większości dodatnich ładunków w przyrodzie są protony, podczas gdy elektrony są nośnikami większości ładunków ujemnych. Ładunek elektronu jest równy co do wartości ładunkowi protonu i przeciwnego znaku.
Jon to atom lub cząsteczka, która posiada niezerowy ładunek całkowity wynikający z nierównej liczby elektronów i protonów.
Jednostką ładunku w układzie SI jest kulomb ( $C$ ), w przypadku protonów i elektronów posiadających ładunki przeciwnego znaku, ale tej samej wielkości wartość tego ładunku elementarnego wynosi $e \equiv 1,602 \cdot 10^{-19} C$ .
W ciałach obojętnych elektrycznie występują zarówno ładunki dodatnie, jak i ujemne; mogą one zostać rozdzielone w wyniku zetknięcia tych ciał; pocieranie wzajemne tych ciał może uwolnić elektrony w jednym ciele i przenieść je do drugiego, zwiększając rozdział ładunków.
W przypadku obiektów makroskopowych „naładowany ujemnie” oznacza nadmiar elektronów, a „naładowany dodatnio” oznacza niedobór elektronów.
Zasada zachowania ładunku głosi, że całkowity ładunek w izolowanym układzie jest stały.

Przewodnik to materiał, którego struktura atomowa pozwala ładunkom na swobodny przepływ.
W izolatorze ładunki pozostają zlokalizowane w danym miejscu.
Polaryzacja polega na rozdzieleniu dodatnich i ujemnych ładunków w obojętnym elektrycznie ciele. W spolaryzowanych ciałach ładunki dodatnie i ujemne gromadzą się w innych miejscach, tak że mamy do czynienia z rozkładem ładunku.

Prawo Coulomba pozwala obliczyć wartość siły działającej pomiędzy ładunkami punktowymi. Ma postać

${\vec{F}}_{1⁣ 2} (r) = \frac{1}{4 π ε_{0}} \cdot \frac{q_{1} q_{2}}{r_{1⁣ 2}^{2}} {\hat{r}}_{1⁣ 2},$

gdzie $q_{2}$ i $q_{2}$ są dwoma ładunkami punktowymi oddalonymi od siebie o $r_{1\sep 2}$ . Siła Coulomba jest oddziaływaniem fundamentalnym, gdyż większość ładunków jest związanych z cząsteczkami, które można traktować jako punktowe. To oddziaływanie odpowiada za wszystkie zjawiska elektrostatyczne i jest źródłem większości makroskopowych sił.

Pole elektryczne to właściwość przestrzeni wywołana obecnością ładunków elektrycznych. Za pośrednictwem pola elektrycznego ładunek źródłowy oddziałuje z ładunkiem próbnym.
Natężenie pola elektrycznego, tak jak siła elektrostatyczna, spełnia zasadę superpozycji.
Natężenie pola elektrycznego jest wektorem; z definicji jest zwrócone od ładunku dodatniego w stronę ładunku ujemnego.

Bardzo dużą liczbę ładunków możemy traktować jako ciągły rozkład ładunku, gdy konieczne jest całkowanie do wyliczenia natężenia pola. Typowymi przykładami są:
- rozkład jednowymiarowy (taki jak w drucie); posługujemy się liniową gęstością ładunku $λ$ ;
- rozkład dwuwymiarowy (płyta metalowa); posługujemy się powierzchniową gęstością ładunku $σ$ ;
- rozkład trójwymiarowy (kula metalowa); posługujemy się objętościową gęstością ładunku $ρ$ .
Teraz ładunek źródłowy jest różniczkowo małym fragmentem $d q$ ładunku. Sposób obliczania $d q$ zależy od rodzaju rozkładu ładunku

$d q = λ d l, d q = σ d S, d q = ρ d V .$
Kluczową dla obliczeń jest symetria rozkładu ładunku.
Ważnymi szczególnymi przypadkami są te dotyczące pola elektrycznego nieskończonego drutu i nieskończonej płaszczyzny.

Wykresy pola elektrycznego pomagają przedstawić graficznie pole elektryczne ładunku źródłowego.
Wartość natężenia pola elektrycznego jest proporcjonalna do gęstości linii pola.
Wektory natężenia pola są styczne do linii pola w każdym punkcie.

Jeżeli trwały dipol zostanie umieszczony w zewnętrznym polu elektrycznym, to w wyniku działania momentu siły zostanie on ustawiony zgodnie z kierunkiem tego pola.
Jeżeli niespolaryzowany atom (lub cząsteczka) zostanie umieszczony w zewnętrznym polu elektrycznym, to zyskuje wyindukowany moment dipolowy, który jest zgodny z kierunkiem zewnętrznego pola.
Wypadkowe natężenie pola elektrycznego jest sumą wektorową natężenia pola zewnętrznego i pola dipola (trwałego lub wyindukowanego).
Stopień polaryzacji jest opisany za pomocą momentu dipolowego dipola $\vec{p} = q \vec{d}$ .