4. Робота електростатич­ного поля. Циркуляція електростатичного поля. По­тенціал.

На заряд з боку електричного поля діє сила . Якщо заряд не закріплений, то сила примусить його переміщуватися, отже буде виконувати роботу. На елементарній ділянці dl вона дорівнюватиме:

де

Повна робота визначається інтегруванням:

Вона не залежить від траєкторії руху, а визначається лише розміщенням початкової та кінцевої точки. Отже електричне поле є полем потенціальним. У випадку замкненої траєкторії робота поля дорівнює нулю.:

Оскільки q₀ не нуль, то

Лінійний інтеграл, обчислений за замкненим контуром, називається циркуляцією вектора Е. З останнього виразу випливає, що силові лінії електростатичного поля незамкнені. Вони починаються на позитивних зарядах і закінчуються на негативних або йдуть у нескінченність.

Оскільки електричне поле здатне виконувати роботу, то воно має певний запас енергії і кожній його точці, крім силової, можна приписати ще й енергетичну характеристику – потенціал.

Потенціалом електричного поля називається фізична величина, що чисельно дорівнює роботі електричного поля по переміщенню пробного позитивного одиничного заряду з даної точки поля на нескінченність:

Для точкового заряду:

За принципом суперпозиції полів потенціал системи зарядів дорівнює алгебраїчній сумі потенціалів полів кожного заряду.

При виконанні роботи заряд переміщується в електричному полі зі зміною його потенціалу. Різниця потенціалів називається напругою між двома точками поля.

Зв’язок між напруженістю та потенціалом: , а також

Поверхні рівного потенціалу називають еквіпотенціальними. Для виконання роботи заряд повинен переміщуватися з однієї еквіпотенціальної поверхні на іншу.

5. Провідники в електростатичному полі. Електричне поле усередині та ззовні провідника. Поверхнева густина заряду.

Провідники — речовини, які містять колек­тивізовані ("вільні") електрони і проводять електричний струм. Зміщення електронів під дією елект­ричного поля напруженістю Е₀ створює надлишок негативного за­ряду на одній частині тіла і надли­шок заряду позитивних іонів — на протилежній частині тіла, (позитивним іоном стає атом, втра­чаючи електрон).

Колективізованих електронів в металі так багато, що напруженість поля Е', створеного поверхневими зарядами провідника, виявляється чи­сельно рівною величині Е₀ ; напрями у них протилежні, значить, для результуючого поля (за принципом суперпозиції):

Зовнішнє поле не проникає всередину металу внаслідок екрануючої дії наведених зовнішнім полем зарядів на поверхні металу. Поверхня зарядженого провідника є еквіпотенціальною, характеризується поверхневою густиною заряду . В місцях малої площі (вістря ) σ та Е набувають настільки великих значень, що заряд „стікає” з металевих вістер (блискавковідвод).

Для захисту від зовнішніх електричних полів чутливі електровимірю­вальні прилади оточують густою металевою сіткою; центральний дріт кабелю телевізійної антени оточують плетеним дротяним екраном. В цьому полягає принцип електростатичного захисту.