Ііі.2 Електричне поле. Напруженість поля точкового заряду. Силові лінії поля

Дія від одних зарядів до інших передається через особливий вид матерії – електричне поле.

Електричним полемназивають особливий вид матерії, що існує навколо будь-якого зарядженого тіла (частинки), через яку передається дія від одних зарядів до інших.

Із закону Кулона (ІІІ.1) видно, що на різних відстанях r від зарядуq₁на внесений в його електричне поле інший зарядq₂ діє різна силаF. Це означає, що в різних місцях простору навколо зарядуq₁ різне поле. Для характеристики електричних полів користуються поняттям напруженості.

Напруженістю Е електричного поля називають силу, з якою поле у даній точці простору діє на одиничний позитивний заряд. Якщо на деякий зарядq в електричному полі діє силаF, то:

. (III.2)

Із (III.2) випливає:

.

На практиці напруженість Е вимірюється у В/м, при цьому 1 В/м = = 1 Н/Кл.

Згідно із законом Кулона, сила F, з якою точковий зарядQдіє на внесений в його поле на відстаньr від нього зарядq,є:

, (III.3)

де ₀ – електрична стала.

Підставивши (ІІІ.3) в (ІІІ.2) отримуємо:

,

тобто, напруженість поля точкового заряду Q:

. (ІІІ.4)

Знання напруженості Едає можливість визначити силуF, з якою поле діє на будь-який зарядq:

F = Е q (ІІІ.5)

Для практичних цілей електричні поля зручно зображати за допомогою силових ліній.

Силовою лінією електричного поля називають лінію, дотична в кожній точці якої співпадає з напрямком напруженості поля (з напрямком сили, що діє на позитивний заряд) (рис.ІІІ.2).

Рис. ІІІ.2

Очевидно, що від точкового позитивного заряду силові лінії розходяться, а до точкового негативного заряду – сходяться (рис.ІІІ.3).

Рис. ІІІ.3

При графічному зображенні електричних полів у просторі силові лінії проводять з такою густиною, щоб їх кількість, яка перетинає перпендикулярну до них поверхню площею 1 м², чисельно дорівнювала напруженості поля Е в даному місці простору(рис.ІІІ.4).

Рис. ІІІ.4

Ііі.3 Потенціал електричного поля. Напруга

Електричне поле діє на внесений в нього заряд qз певною силоюF = Еq, під дією якої заряд переміщується в просторі, тобто поле виконує роботу, а значить має певну потенціальну енергіюW. Із формули напруженості поля точкового заряду видно, що на нескінченно великій відстані (r = ∞) від зарядуQ величина Е =0. Це означає, що при переміщенні зарядуqз відстаніrвід зарядуQна відстаньr = ∞вся енергія поля витрачається на роботуА. Для оцінки числового значення енергії електричного поля в будь-якій точці простору користуються поняттям потенціалу поля.

Потенціалом φ електричного поля називають роботу по переміщенню одиничного позитивного заряду з даної точки поля на нескінченність.

Якщо виконана полем робота по переміщенню заряду qна нескінченність дорівнюєА, то потенціалφполя:

φ =. (ІІІ.6)

Із цієї формули отримуємо розмірність одиниці вимірювання потенціалу електричного поля в СІ:

.

За одиницю вимірювання потенціалу прийняли 1 вольт (1 В).

Потенціал електричного поля дорівнює 1 вольту, якщо при переміщенні одиничного позитивного заряду () з даної точки поля на нескінченість виконується робота, рівна 1 джоулю.

1В = 1Дж/Кл.

Потенціал електричного поля в різних точках простору може бути різним. Якщо в одній точці простору потенціал поля φ₁, а в іншій φ₂, то між ними існує різниця потенціалів φ₁– φ₂.

Різниця потенціалів φ₁ – φ₂ між двома точками поля, яка чисельно дорівнює роботі по переміщенню одиничного заряду (q = 1 Кл) із точки з потенціалом φ₁ в точку з потенціалом φ₂, називають напругою U: .

Напруга, як і потенціал поля, вимірюється у вольтах.