Koko luentomoniste - FMI
Koko luentomoniste - FMI
Koko luentomoniste - FMI
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Luku 2<br />
Staattinen sähkökenttä<br />
Tässä luvussa tutustutaan sähkövarausten aiheuttamaan staattiseen sähkökenttään.<br />
Asia on periaatteessa tuttua peruskurssilta, mutta laskennallinen<br />
käsittely on huomattavasti järeämpää. Kannattaa olla kärsivällinen, sillä<br />
hyvin opittu sähköstatiikka helpottaa magnetostatiikan omaksumista.<br />
2.1 Sähkövaraus ja Coulombin laki<br />
Maailmankaikkeudessa on tietty määrä positiivisia ja negatiivisia sähkövarauksia.<br />
Nykytietämyksen mukaan niitä ei voida hävittää eikä luoda. Minkään<br />
suljetun systeemin varausten määrä ei siis voi muuttua. Käytännössä<br />
useimmat systeemit ovat neutraaleja, eli niissä on yhtä paljon positiivisia ja<br />
negatiivisia varauksia. Makroskooppisen kokonaisuuden varauksella tarkoitetaan<br />
yleensä sen nettovarausta eli poikkeamaa neutraalisuudesta. Nettovaraus<br />
säilyy, ellei systeemi ole vuorovaikutuksessa ympäristönsä kanssa.<br />
1700-luvun lopulla oli opittu, että varauksia on vain kahta lajia, joita nykyisin<br />
kutsutaan positiivisiksi ja negatiivisiksi. Charles Augustin de Coulomb<br />
muotoili kokeisiinsa perustuen lain: kaksi pistevarausta vaikuttavat toisiinsa<br />
voimilla, joiden suunta on niitä yhdistävän suoran suuntainen ja kääntäen<br />
verrannollinen varausten välisen etäisyyden neliöön. Voimat ovat verrannollisia<br />
varausten tuloon siten, että samanmerkkiset varaukset hylkivät toisiaan<br />
ja erimerkkiset vetävät toisiaan puoleensa. (Laiskan fyysikkoslangin<br />
mukaisesti puhutaan varauksista, vaikka parempi termi olisi ”varauksellinen<br />
hiukkanen”.)<br />
Coulombin laki nykyaikaisin merkinnöin kertoo, että varaus q 2 vaikuttaa<br />
varaukseen q 1 sähköstaattisella voimalla<br />
F 1 = k q 1q 2<br />
r12<br />
3 r 12 (2.1)<br />
9
Change language