Принцип суперпозиции электрических полей
Если в данной точке пространства электрическое поле создаётся несколькими зарядами, то результирующая напряжённость в данной точке находится по принципу суперпозиции электрических полей: напряжённость электрического поля, созданного несколькими зарядами, равна векторной сумме напряжённостей, создаваемых каждым из зарядов в отдельности.
Принцип суперпозиции электрических полей является следствием принципа суперпозиции сил, поэтому действия с векторами напряжённостей идентичны действиям с силами. На рисунке показано применение принципа суперпозиции для поля двух точечных зарядов.
Потенциальность электростатического поля
Потенциальная (консервативная) сила – сила, работа которой не зависит от вида траектории, а определяется только через начальное и конечное положение тела. К потенциальным относятся сила тяжести, сила упругости и электрическая сила электростатического поля.
Электростатическая сила совершает работу при перемещении заряда. Работа, совершаемая электростатической силой, зависит от величины перемещаемого заряда и определяется начальным и конечным положением заряда. Электростатическое поле, является потенциальным, а заряд, находящийся в таком поле, обладает потенциальной энергией. Энергию в электродинамике обозначают W (так как E – это напряжённость поля). По теореме о потенциальной энергии работа электростатической силы может быть определена так:
Потенциальная энергия точечного заряда, находящегося в электростатическом поле, зависит от выбора нулевого уровня, подобно потенциальной энергии тела в поле силы тяжести. В задачах за нулевой уровень обычно выбирается бесконечно удалённая точка, в технических задачах – поверхность Земли.
Рассмотрим значения потенциальной энергии точечного заряда q для некоторых видов электростатических полей.
1. Поле точечного заряда.
где q0 – заряд, создающий поле. Заметим, что если заряды одного знака (заряды отталкиваются), то потенциальная энергия их взаимодействия – положительная величина. Если заряды имеют разные знаки (заряды притягиваются), то энергия их взаимодействия – отрицательная величина. Если количество точечных зарядов больше двух, то потенциальная энергия такой системы находится как сумма потенциальных энергий всех пар зарядов.
2. Однородное поле.
где E – напряжённость поля, d – расстояние, отмеряемое от нулевого уровня вдоль линии напряжённости.
Потенциал электрического поля. Разность потенциалов Потенциал
Для описания потенциальности электростатического поля введена физическая величина потенциал.
Потенциал – отношение потенциальной энергии точечного заряда, помещённого в данную точку поля, к величине этого заряда.
Потенциал электрического поля позволяет находить значение потенциальной энергии, поэтому его называют энергетической характеристикой поля. Потенциал, как и потенциальная энергия, зависит от выбора нулевого уровня. В задачах за нулевой уровень обычно выбирается бесконечно удалённая точка, в технических задачах – поверхность Земли.