Напряженность электрического поля

Напряженностью электрического поля называется векторная физическая величина, равная отношению силы, действующей на пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине это­го заряда:

Пробным q_пр. называется заряд достаточно малых размеров и до­статочно малой величины, в общем, такой заряд, который не ис­кажает измеряемое поле. В соответствии с формулой (2) заме­тим, что уменьшая величину заряда, мы во столько же раз умень­шаем величину силы, действующей на заряд, поэтому величина напряженности не изменяется.

Если вектор напряженности электрического ноля известен, то величина силы, действующей на точечный заряд, определяет­ся по формуле:

Используя (2) и закон Кулона, получим выражение для напря­женности поля точечного заряда q:

Здесь r — радиус-вектор точки наблюдения.

Принцип суперпозиции полей

Результирующая напряженность поля, созданного системой зарядов, равна векторной сумме напряженностей полей, которые создал бы каждый из них в отдельности.

Простейшей, но практически важной системой зарядов явля­ется электрический диполь — два одинаковых по величине раз­ноименных точечных заряда, находящихся на некотором рассто­янии l друг от друга. Если оно много меньше, чем расстояние г от центра диполя, то диполь считается точечным. Примером может служить полярная молекула, в которой положительный и отрицательный заряды смещены друг относительно друга.

Линия, соединяющая заряды +q и — q, называется осью дипо­ля. Очевидно, что она является осью симметрии поля, создавае­мого диполем: во всех плоскостях, проходящих через ось диполя, электрическое поле одинаково.

Найдем напряженность поля, создаваемого диполем в точке А, лежащей на его оси (рис. 1). Напряженности поля Е_A⁺ и Е_A^—,

создаваемые зарядами + q и —q, направлены по одной прямой. Следовательно, выбирая в качестве положительного направле­ния Е_A^—, получаем

где r — орт в направлении вектора Е_A^—, р = ql (рис. 1) — элек­трический момент диполя.

Выражение (8) получено с учетом r » l/2. Аналогично мож­но найти напряженность поля в любой точке, как лежащей, так и не лежащей на оси диполя.

Как и точечный заряд, диполь не только сам создает поле, но и реагирует на поле Е, созданное другими источниками (рис. 2). Так как l мало, напряженность поля в местах расположения заря­дов +q и -q можно считать одинаковой, и поэтому F₊ = F_- = gE, т.е. возникает пара сил. Ее момент М приводит к повороту д и­поля вокруг центра С инерции

создает в окружающем пустом пространстве электрическое поле, которое, в свою очередь, действует на другие заряды, вызывая появление сил. В пользу объективного существования поля сви­детельствуют следующие экспериментальные факты: конечная скорость распространения электромагнитных взаимодействий и наличие электростатической энергии, запасенной в "пустом про­странстве", окружающем электрический заряд. Следовательно, материя может существовать не только в виде частиц, но и в виде поля.