2.1.3. Электрическое поле. Напряженность поля.

При исследовании взаимодействия электрических зарядов возникает вопрос, почему возникают силы, действующие на заряды, и как они передаются от одного заряда к другому?

Для понимания происхождения и передачи сил, действующих между покоящимися зарядами, необходимо допустить наличие между зарядами какого-то физического агента, осуществляющего это взаимодействие. Этим агентом, по мнению М. Фарадея, является электрическое поле. Когда в каком либо месте появляется электрической заряд, то вокруг него появляется электрическое поле.

Основное свойство электрического поля заключается в том, что на всякий другой заряд, помещенный в это поле, будет действовать сила. Мы будем рассматривать электрические поля создаваемые неподвижными электрическими зарядами и называемые электростатическими полями.

Для обнаружения и опытного исследования, электростатических полей используется пробный электрический заряд. В качестве пробного заряда используется точечный, положительный заряд.

О пыт показывает, что отношение силы F, действующей на неподвижный пробный заряд q, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда, не зависит от величины заряда q и может быть принято за характеристику поля в данной точке. Указание на неподвижный заряд имеет принципиальное значение. Дело в том, что силы, действующие на электрический заряд, зависят не только от электрического, но и от магнитного поля. Однако магнитное поле, как показывает опыт, действует только на движущийся электрический заряд и не действует на неподвижный заряд.

Напряженностью электрического поля Е называется физическая величина численно равная силе F, действующей на положительный единичный заряд, помещенный в данную точку поля.

. 1.4

Как следует из формул 1.1 и 1.4 для поля точечного заряда , будем иметь:

. 1.5

Вектор напряженности электрического поля совпадает по направлению с направлением силы, действующей на положительный заряд. Поэтому вектор напряженности электрического поля направлен от положительного заряда к отрицательному заряду (рис. 2).

Д ля описания электрического поля нужно задать вектор напряженности в каждой точке поля. Это можно сделать аналитически, выражая зависимость напряженности поля от координат, в виде формул. Однако такую зависимость можно представить и графически, используя так называемые силовые линии (линии напряженности).

Непрерывная линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с вектором напряженности электрического поля называется силовой линией поля (рис. 3а).

Если в каждой точке поля вектор напряженности остается величиной постоянной, то поле называется однородным. Силовые линии такого поля представляют собой прямые параллельные линии (рис. 3б). Силовые линии электрического поля начинаются на положительном заряде и заканчиваются на отрицательном заряде (рис. 4). Поэтому иногда говорят, что положительный заряд можно считать истоком электрического поля, а отрицательный заряд – стоком поля.

Е сли электрическое поле создается не одним, а несколькими зарядами, то на основании принципа независимости действия сил , можно утверждать, что напряженность результирующего электрического поля будет равна геометрической сумме напряженностей, создаваемых каждым зарядом в отдельности, т.е.

1.6

Формула 1.6 выражает принцип суперпозиции полей. Используя принцип суперпозиции полей можно рассчитать напряженность поля создаваемого протяженным электрическим зарядом.