Напряженность поля
Напряженность – это физическая величина, численно равная силе, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля:
5
Принцип суперпозиции полей
Каждый из зарядов в отдельности создаст в данной точке поле независимо от полей, создаваемых другими зарядами.
Суперпозиция означает наложение:
Рис. 8.
6
Силовые линии
Для символического изображения напряженности Фарадей предложил использовать силовые линии.
Силовые линии – это линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением силы, действующей на положительный заряд, помещенный в эту точку. Они начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах. Если рассмотреть некоторый уединенный точечный заряд, то линии напряженности обязательно закончатся на отрицательном заряде, который, возможно, на чертеже и не уместится. Чем больше величина напряженности электростатического поля, тем выше густота силовых линий. Количество линий напряженности (или силовых линий), пронизывающих единичную площадку, численно равно значению напряженности электростатического поля.
Рассмотрим важнейшие случаи пространственного расположения зарядов и форму силовых линий полей этих зарядов.
Опыт 1.5. Силовые линии электрического поля
Оборудование:
Султаны на изолирующих штативах
Электрофорная машина
Провода соединительные
Рис. 9.
Простейшая демонстрация электрических силовых линий выполняется при помощи султанов, которые устанавливаются на изолирующих штативах и заряжаются хорошо наэлектризованной палочкой или от электрофорной машины. Сначала показывают опыт с одним заряженным султаном и обращают внимание на радиальное положение бумажных полосок (Рис.9, а). Затем заряжают оба султана одноименными (Рис. 9, б) и разноименными зарядами (Рис. 9, в) и показывают искривление при отталкивании и притяжении.
а б
в г
Рис. 10.
На Рис.10 изображены силовые линии электрических полей в простейших случаях:
а, б) уединенный точечный заряд (“+” или “-”);
в) два одноименных точечных заряда;
г) два разноименных точечных заряда.
Опыт 1.6. Визуализация силовых линий поля.
Цель работы: визуализировать силовые линии поля.
Оборудование:
Высоковольтный источник питания
Касторовое масло
Мелкие диэлектрические частицы
Электроды
Рис. 11.
К полюсам высоковольтного источника питания подсоединены электроды, погруженные в касторовое масло, в котором находятся мелкие диэлектрические частицы.
Вблизи электрода возникает электростатическое поле, и эти частицы ориентируются вдоль поля, образуя хорошо видимые цепочки, напоминающие силовые линии электрического поля.
Рис. 12.
Если взять два практически точечных электрода и подать на них заряды одинакового знака, то картина силовых линий будет выглядеть следующим образом. Силовые линии словно отталкиваются друг от друга.
Рис. 13.
Если подать разноименные заряды, то картина изменится. Теперь силовые линии идут от тела с зарядом одного знака к телу с зарядом другого знака.
Рис. 14.
Модель плоского конденсатора. При включении напряжения, основная часть электрического поля сосредоточена внутри между пластинами. Оно там является практически однородным. В остальной области пространства поле слабое.
Рис. 15.
Модель цилиндрического конденсатора. Поле существует только между внутренним и внешними цилиндрами, где мы видим цепочки мелких диэлектрических частиц. В остальных областях пространства оно практически отсутствует.
Рис. 16.
Вывод: силовые линии каждой из представленных моделей различны.