1. Електричне поле

1.1 Основні поняття. Закон Кулона

В природі існує єдине електромагнітне поле, яке складається з двох складових: електричної та магнітної.

Електромагнітне поле- це вид матерії в якій відбувається взаємодія електричних зарядів, при чому степінь цієї взаємодії залежить від величин зарядів та швидкості їх руху.

Магнітне поле- це вид матерії в якій відбувається взаємодія електричних зарядів, при чому степінь цієї взаємодії залежить від швидкості руху зарядів.

Електричне поле- це вид матерії в якій відбувається взаємодія електричних зарядів, при чому степінь цієї взаємодії залежить від величин зарядів.

Електростатичне поле- це електричне поле нерухомих та незмінних у часі зарядів.

Французький вчений Ш. Кулон у 1785р. визначив силу взаємодії двох наелектризованих тіл. Якщо вважати, що лінійні розміри тіл нескінченно малі, тобто діють точкові заряди, то закон Кулона формулюється так:

• Сила взаємодії між двома точковими зарядами прямо пропорційна добутку величин зарядів та обернено пропорційна квадрату відстані між ними і залежить від середовища в якому знаходяться ці заряди (рис. 1)

F =

де F- електрична сила взаємодії. Н;

Q₁, Q₂- електричні заряди, Кл;

r- відстань між зарядами, м; Рис.1

ε_о- електрична стала (абсолютна діелектрична проникність вакууму

ε_о= 8,85·10^-12 Ф/м),

ε_r- відносна діелектрична проникність речовини (для кожної речовини ця величина різна та вказується в довідниках).

Добуток ε_о· ε_r= ε_а характеризує вплив середовища на силу взаємодії між зарядами і називається абсолютною діелектричною проникністю середовища.

1.2 Основні характеристики електричного поля

1.Напруженість- це векторна величина, яка характеризує інтенсивність електричного поля в кожній точці та чисельно дорівнює силі, яка діє на заряд з боку поля.

E= ,

2.Потенціал- це енергетична характеристика поля, яка характеризує потенціальну енергію в кожній точці поля та чисельно дорівнює роботі, яку необхідно виконати для переміщення заряду з однієї точки поля за межі

поля ( тобто у нескінченність, де потенціал дорівнює нулю). Потенціал може бути додатним, від’ємним та нульовим. За нульовий потенціал прийнято вважати потенціал землі.

φ= , .

3.Напруга- це різниця потенціалів між двома точками електричного поля та чисельно дорівнює роботі, яку необхідно виконати для переміщення заряду з однієї точки поля в іншу точку

U= φ₁ -φ₂= , .

1.3 Графічне зображення електричного поля

Електричне поле зображують за допомогою силових ліній (ліній напруженості), які визначають напрям дії сил електричного поля на позитивний заряд. У кожній точці дотичні до силових ліній збігаються з вектором напруженості в цій точці. Електричне поле може бути однорідним та неоднорідним.

Однорідне поле- це поле, в якому електричні силові лінії мають однакову густоту, тобто однакову напруженість (рис.2 а, б).

Неоднорідне поле-це поле, в якому електричні силові лінії мають неоднакову густоту, тобто напруженість неоднакова (рис.2 в,г).

Електричне поле середовища навколо заряду може бути зображено не тільки електричними силовими лініями, а й поверхнями рівнозначного потенціалу, або еквіпотенціальними поверхнями (рис. 2 б,в).

Якщо в даній точці діє електричне поле кількох зарядів q₁ та q₂, то його напруженість дорівнює геометричній сумі напруженостей електричних полів зарядів (рис.2 г), при цьому спочатку знаходять напруженість поля в даній точці від кожного заряду окремо по формулі

Е=

потім по теоремі косинусів знаходять результуючу напруженість поля в даній точці

Е=√ Е₁²+ Е₂² ± 2 Е₁ Е₂ cosα

а б в г

Рис.2