Одно из основных свойств электрических зарядов - их взаимодействие друг с другом.

Опыт показывает, что одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются и что модуль силы их взаимодействия зависит от величины зарядов и расстояния между ними.

Возникает вопрос: какова эта зависимость?

Для ответа на него необходимо поставить эксперимент.

Этот эксперимент был поставлен в 1785 г. Шарлем Кулоном на крутильных весах и найденные им зависимости нашли отражение в законе, носящем его имя.

Закон Кулона гласит:

Модуль силы взаимодействия двух точечных зарядов прямо пропорционален произведению модулей зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними:

.

(знак модуля для простоты записи здесь и дальше опущен).

Коэффициент пропорциональности в законе Кулона показывает, чему равна сила взаимодействия в вакууме двух зарядов по 1 кулону каждый, если расстояние между этими зарядами будет равно 1 метру.

Чтобы получить единицу коэффициента пропорциональности, его надо выразить из закона Кулона и в полученное выражение подставить единицы силы – 1 Н, заряда – 1 Кл и расстояния – 1 м.

Получаем: . Численно .

Иногда закон Кулона записывают в несколько иной форме, выражая коэффициент пропорциональности через электрическую постоянную: .

Электрическая постоянная

В среде сила взаимодействия между зарядами отличается от силы взаимодействия между этими же зарядами в вакууме.

Физическая величина, равная отношению силы взаимодействия зарядов в вакууме к силе их взаимодействия в среде, называется диэлектрической проницаемостью среды:

Как следует из определяющего уравнения диэлектрической проницаемости – это величина безымянная: [ε] = 1.

В приведенной форме закон Кулона справедлив для точечных зарядов. При этом обратно пропорциональная зависимость силы от расстояния объясняется трехмерностью пространства, в котором происходит взаимодействие зарядов. По этой же причине аналогичная зависимость наблюдается и для гравитационного взаимодействия. Если мысленно представить себе, что воздействие заряженного тела распространяется из точки в виде линий, то их густота (т.е. число линий, приходящихся на единицу площади) по мере удаления от заряда будет уменьшаться пропорционально квадрату расстояния от него.

Объясняется это тем, что воображаемые линии пронизывают расширяющуюся сферу, площадь которой растет пропорционально квадрату радиуса. Но так как число линий воздействия остается одним и тем же, то их густота уменьшается в той же мере, что и увеличивается площадь сферы.

Пользуясь представлениями о линиях воздействия, как бы исходящих из заряженного тела, можно предсказать, что сила взаимодействия двух очень длинных заряженных проводов будет обратно пропорциональна расстоянию между проводами.

Для очень больших заряженных плоскостей вообще не будет наблюдаться зависимости силы взаимодействия от расстояния.