Раздел 2. Электродинамика

Тема 2.1.3. Электростатическое поле. Напряженность электрического поля.

Поле точечногозаряда. Графическое изображение электростатических полей. Принцип суперпозиции.

Решение задач по теме: «Напряженность электростатического поля»

План

1. Электростатическое поле.

2. Напряженность электрического поля.

3. Поле точечногозаряда.

4. Графическое изображение электростатических полей.

5. Принцип суперпозиции.

6. Решение задач по теме: «Напряженность электростатического поля»

1. Электростатическое поле.

Если в пространство, которое окружает электрический заряд, внести другой заряд, то на него будет действовать сила Кулона; значит, в пространстве, которое окружает данные электрические заряды, существует силовое поле. По представлениям современной физики, поле реально существует и, как и вещество, есть одна из форм существования материи, посредством которого осуществляются некоторые взаимодействия между макроскопическими телами или частицами, которые входят в состав вещества. В этом случае говорят об электрическом поле — поле, посредством которого взаимодействуют между собой электрические заряды. Мы будем рассматривать электрические поля, создаваемые неподвижными электрическими зарядами и называющимися электростатическими. Для обнаружения и опытного исследования электростатического поля используется пробный точечный положительный заряд — такой заряд, который не искажает исследуемое поле (не вызывает перераспределения зарядов, создающих поле). Если в поле, которое создается зарядом Q, поместить пробный заряд Q₀, то на него действует сила F, которая различна в разных точках поля и которая, согласно закону Кулона, прямо пропорциональна пробному заряду Q₀. Поэтому отношение F/Q₀ не зависит от Q₀ и полностью определяет электростатическое поле в той точке, где данный пробный заряд находится. Эта величина называется напряженностью и является силовой характеристикой электростатического поля.

2. Напряженность электрического поля.

Напряженность электростатического поля в данной точке есть физическая величина, определяемая силой, которая действует на пробный единичный положительный заряд, помещенный в эту точку поля: (1)

Как следует из формулы (1) и закона Кулона, напряженность поля точечного заряда в вакууме или (2) Направление вектора Е совпадает с направлением силы, которая действует на положительный заряд. Если поле создается положительным зарядом, то вектор Е направлен вдоль радиуса-вектора от заряда во внешнее пространство (отталкивание пробного положительного заряда); если поле создается отрицательным зарядом, то вектор Е направлен к заряду (рис. 1). Из формулы (1) следует, что единица напряженности электростатического поля — ньютон на кулон (Н/Кл): 1 Н/Кл — напряженность такого поля, которое на точечный заряд 1 Кл действует с силой в 1 Н; 1 Н/Кл= 1 В/м, где В (вольт) — единица потенциала электростатического поля.

Рис.1

Графически электростатическое поле представляют с помощью линий напряженности — линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора Е (рис. 2). Линиям напряженности задается направление, которое совпадает с направлением вектора напряженности. Поскольку в любой данной точке пространства вектор напряженности имеет только одно направление, то линии напряженности не могут пересекаться. Для однородного поля (когда вектор напряженности в любой точке постоянен по величине и направлению) все линии напряженности параллельны одному вектору напряженности. Если электрическое поле создается точечным зарядом, то линии напряженности — радиальные прямые, которые выходят из заряда, если он положителен (рис. 3, а), и которые входят в него, если заряд отрицателен (рис. 3, б).