9.3. Напруженість поля . Силові лінії.

У просторі навколо зарядженого тіла чи системи тіл створюється силове електричне поле. Воно проявляється в тому, що на внесений у нього пробний заряд q_o діє кулонівська сила , пропорційна його величині. Силова дія поля описується напруженістю поля

, (1)

що є сталою величиною для певної точки простору поля і її величина не залежить від величини пробного заряду (див.п.9.1). Вона чисельно дорівнює силі, що діє на одиничний заряд у полі. Наприклад, із цього визначення слідує, що напруженість поля точкового заряду q дорівнює

, (2)

де одиничний вектор , направлений від додатного заряду в нескінченність або до від'ємного заряду. Одиницею вимірювання напруженості поля є [E] = В/м (вольт/метр), або Н/Кл (ньютон на кулон).

Електростатичним полем називається поле, напруженість якого не залежить від часу.

Однорідне електростатичне поле – поле, напруженість якого у будь-якій точці поля, тобто вектори в цих точках рівні за величиною та паралельні.

Якщо в просторі розміщено N зарядів, то напруженість сумарного поля цих зарядів визначається законом суперпозиції: вона дорівнює векторній сумі напруженостей, що створюються кожним із цих зарядів. Дійсно, результуюча сила поля, що діє на пробний заряд q_0, дорівнює

(3)

а напруженість поля обчислимо за її визначенням

, , , . (4)

П ринцип суперпозиції означає незалежність виникнення та дії електростатичних полів.

Для графічного зображення електростатичного поля вводиться поняття уявних силових ліній (див. Мал.73а):

-вони починаються з додатного заряду і закінчуються на від'ємному заряді або в нескінченності;

-вектор напруженості поля лежить на дотичній до силової лінії і направлений у напрямку силової лінії;

-силові лінії не перетинаються, бо в противному в точці перетину було б дві дотичних і два напрямки ;

-густина силових ліній

(5),

що пронизують плоску поверхню dS_ перпендикулярну їм, чисельно дорівнює величині напруженості вектора ;

-вільний заряд, внесений в електростатичне поле з початковою швидкістю , буде рухатися вздовж силової лінії.

Силові лінії однорідного поля є прямі, паралельні вектору (див.Мал.73б). Силові лінії точкового заряду є радіальні прямі, що виходять із заряду, якщо він додатний і входять у нього, якщо він від'ємний (див.Мал.73с).

9.4. Потенціал поля. Робота електростатичного поля.

Електростатичне поле й заряд q₀ взаємодіють між собою і ця взаємодія характеризується потенціальною енергією W. Відношення

(6)

є енергетичною характеристикою поля і називається потенціалом поля. Потенціал  не залежить від величини пробного заряду (див.п.9.1) і чисельно дорівнює потенціальній енергії взаємодії поля з одиничним зарядом. Якщо поле створюється точковими зарядами , то величина потенціальної енергії взаємодії кожного з них із пробним зарядом q₀ є попарною, тобто повна енергія взаємодії є і потенціал поля визначається як

.

Останній вираз для  на зивають законом (принципом) суперпозиції для потенціала поля.

Еквіпотенціальною поверхнею називається поверхня в кожній точці якої потенціал має одну й ту ж величину, тобто =cost. Еквіпотенціальні поверхні застосовуються для графічного зображення електростатичного поля і разом із силовими лініями вони дають повну картину силових та енергетичних характеристик поля. За таким зображенням можна відтворити траєкторію руху зарядженої частинки в ньому.