§ 14. Напряженность электрического поля. Рисунки § 13 дают лишь общую качественную картину электрического поля. Для количественной характеристики электрического

поля мы могли бы использовать любое из производимых им действий. Так, например, под влиянием электрического по­ля заметно изменяются оптические свойства некоторых ве­ществ. Это свойство электрического поля можно было бы применить для количественной оценки поля. Обычно, од­нако, для этой цели пользуются механическими действиями поля на заряженные тела.

Представим себе, что электрическое поле создано неко­торым зарядом q; внесем в него «пробный заряд» q₀ и изме­рим действующую на него силу F. Это можно сделать,

Рис. 28. Исследование электрического поля пробным зарядом. Напря­женность поля убывает с расстоянием

нанося, например, «пробный заряд» на легкий шарик, подве­шенный на шелковой нити (рис. 28), и измеряя угол откло­нения шарика. По закону Кулона эта сила пропорциональ­на пробному заряду q₀. Увеличивая этот заряд в 2, 3 и вооб­ще п раз, мы будем наблюдать увеличение силы в 2, 3 или п раз. Поэтому отношение Flq₀ уже не зависит от пробного заряда q₀ и характеризует только электрическое поле в той точке, где находится пробный заряд. То же имеет место и в любом другом электрическом поле, а не только в поле заря­женного шара.

Отношение F/q₀, численно равное силе, действующей на единичный заряд, принимают за количественную меру поля и называют напряженностью поля. Таким же образом будет характеризоваться и поле, созданное не одним каким- либо зарядом q, а любой, совокупностью зарядов. Итак, напряженность электрического поля в данной точке прост­ранства есть отношение силы, действующей на заряд, по­мещенный в эту точку, к заряду. Следовательно, напряжен­ность поля численно равна силе, действующей на единич­ный заряд.

Если обозначить напряженность поля в некоторой точке через Е, заряд, находящийся в этой точке, через q и силу,

37

действующую на заряд, через F, то

E = Flq, (14.1)

откуда

F — Eq. (14.2)

Напряженность, равная единице, есть напряженность такого поля, в котором на единичный заряд действует сила, равная единице. Например, в СИ за единицу напряженности принимают напряженность поля, в котором на заряд, рав­ный одному кулону, действует сила, равная одному ньюто­ну. Эту единицу называют вольтом на метр (В/м) (§ 23).

Мы определили напряженность электрического поля как физическую величину, численно равную силе, дейст­вующей на единичный заряд. Однако всякая сила опреде­ляется не только своим числовым значением (модулем), но и направлением. Поэтому для полной характеристики напряженности поля надо указать также и ее направление. За направление напряженности поля принимают направле­ние силы, действующей на положительный заряд. Напря­женность поля в некоторой точке можно изобразить графи­чески в виде направленного отрезка, исходящего из данной точки, подобно тому как это делается при изображении силы и других векторных величин.

л 14.1. На маленьком шарике находится заряд 10 нКл. Чему равна » напряженность поля на расстоянии 0,1 м от центра шарика?

2. Вычислите напряженность поля, создаваемого зарядом 5 Кл на расстоянии 1 км от него.

3. В электрическом поле напряженности 300 кВ/м находится заряд 10 нКл. Какая сила действует на этот заряд?