17.Электрическое поле, его характеристики: напряженность и потенциал. Силовые линии, напряжённость поля точечного заряда. Работа по перемещению заряда в электрическом поле.

Электрическое поле — одна из составляющих электромагнитного поля; особый вид материи, существующий вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также в свободном виде при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может наблюдаться благодаря его силовому воздействию на заряженные тела.

Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика — напряжённость электрического поля. Напряжённостью электрического поля называют векторную физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещённый в данную точку пространства, к величине этого заряда. Направление вектора совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд. Потенциал и разность потенциалов.

Потенциальная энергия заряда q численно равна той работе, которую могут совершить силы поля, перемещая заряд q из данной точки поля в бесконечность. Потенциал- энергетическая характеристика точек электрического поля. Потенциал какой-либо точки электрического поля измеряется потенциальной энергией точечного заряда, находящегося в этой точке. =E_P/q. =q/4r, А=q(1-2). Разность потенциалов между двумя точками электрического поля измеряется работой, совершаемой полем при перемещении точечного заряда из одной точки поля в другую и называется напряжением. Вольт- такая разность потенциалов между двумя точками электрического поля, при которой силы поля, перемещая заряд в 1 Кл из одной точки в другую, совершают работу в один Джоуль. В=Дж/Кл. Связь разности потенциалов с напряженностью электростатического поля. А=Fd=Eqd=UqE=U/d=(₁-₂)/d. Напряженность электрического поля численно равна изменению потенциала на единицу длины силовой линии.

Силовой линией электрического поля называется линия, в каждой точке которой касательная совпадает с вектором напряженности поля. 

Напряженность поля точечного заряда.

Обозначим: q - заряд, создающий поле,

q₀ - заряд, помещенный в поле (внешний заряд).

Закон Кулона:  . Напряженность поля:  .

Тогда напряженность поля точечного заряда: 

Работа по перемещению заряда в электрическом поле.

Потенциальную энергию взаимодействия  двух точечных зарядов q1 и q2, находящихся в вакууме на расстоянии r12 друг от друга можно вычислить по:   (1)

 Рассмотрим систему, состоящую из N точечных зарядов: q1, q2,..., qn.

Энергия взаимодействия такой системы равна сумме энергий взаимодействия зарядов взятых попарно: .  (2)

 В формуле 2 суммирование производится по индексам i и k (i№k). Оба индекса пробегают, независимо друг от друга, значения от 0 до N. Слагаемые, для которых значение индекса i совпадает со значением индекса k не учитываются. Коэффициент 1/2 поставлен потому, что при суммировании потенциальная энергия каждой пары зарядов учитывается дважды. Формулу (2) можно представить в виде:

,  (3)

 где ji - потенциал в точке нахождения i-го заряда, создаваемый всеми остальными зарядами:

  .