Реферат / 27. Электрические заряды и элекрическое поле. Законо Кулона. Принцип суперпозиции. Напряжённость электростатического поля

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАРЯДЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

ЗАКОН КУЛОНА. ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ. НАПРЯЖЁННОСТЬ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ.

Обычно заряды разных знаков присутствуют в веществе в равных количествах и распределяются с одинаковой плотностью. Поскольку за­ряд тела q образуется совокупностью элементарных зарядов, то он являет­ся целым кратным е^±, т.е. q=±Ne. Электрические заряды могут исчезать и возникать вновь, однако, два элементарных заряда противоположных знаков всегда возникают и исчезают одновременно. Поэтому суммарный заряд электрически изолиро­ванной системы не может изменяться, т.е.

-алгебраическая сумма электрических зарядов в замкнутой изолированной системе остается постоянной, Это утверждение носит название закона сохранения электрического заряда (1843 год, М. Фарадей). Для количественной характеристики электрического поля служит специальная физическая величина - напряжённость электрического поля. Согласно зако­ну Кулона, сила, действующая на пробный заряд q', при внесении его в по­ле других зарядов, пропорциональна величине этого пробного заряда q’. Поэтому силы элeктрического поля будут вполне определены, если определена в каж­дой точке этого поля сила, действующая на помещенный в ней единичный положительный заряд. Эта сила, действующая на заряд q'=1, называется напряжённостью или силой электрического поля и обозначается `E. Как следует из закона Кулона, напряжённость поля точечного заря­да q на расстоянии r от этого заряда равна:; ; ;

- не зависит от величины пробного заряда, единица измерения в СИ - Н/Кл.Напряжённость поля точечного заряда убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от заряда.

Направление вектора `E определяется направлением силы `F, дей­ствующей на положительный заряд, помещённый в рассматриваемую точку поля, рис. 1.

q +1 `E

-q `E +1

Из сказанного следует, что если известна напряженность поля в ка­кой-либо точке, то тем самым определена и сила, действующая на электрический за­ряд, помещённый в эту точку, а именно:

`F=q`E.

Если электрическое поле создается не одним, а несколькими точечными зарядами q₁, q_2, q_3,…q_n, то в этом случае результирующая напряженность суммар­ного силового поля равна

E = `E<sub>1</sub>+`E₂ +`E<sub>3</sub> +…+`E_n = S`E_i. т. е. вектор напряженности электрического поля системы зарядов равен геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых в данной точке каждым из заря­дов в отдельности ( принцип суперпозиции электрических полей). Принцип суперпозиции выполняется лишь тогда, когда электрические поля не меняют свойств среды, т.е. пока внешние поля значительно меньше электрических полей, существующих внутри атомов и молекул.

!!!!!Напряженность электростатического поля

Если в пространство, окружающее электрический заряд, внести другой заряд, то на него будет действовать кулоновская сила; значит, в пространстве, окружающем элект­рические заряды, существует силовое поле. Согласно представлениям современной физики, поле реально существует и наряду с веществом является одной из форм существования материи, посредством которого осуществляются определенные взаимо­действия между макроскопическими телами или частицами, входящими в состав вещества. В данном случае говорят об электрическом поле — поле, посредством которого взаимодействуют электрические заряды. Мы будем рассматривать элект­рические поля, которые создаются неподвижными электрическими зарядами и называ­ются 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, создаваемое зарядом Q, поместить пробный заряд Q₀, то на него действует сила F, различная в разных точках поля, которая, согласно закону Кулона (78.2), пропорци­ональна пробному заряду Q₀. Поэтому отношение F/Q₀ не зависит от Q₀ и характеризу­ет электростатическое поле в той точке, где пробный заряд находится. Эта величина называется напряженностью и является силовой характеристикой электростатичес­кого поля.

Напряженность электростатического поля в данной точке есть физическая величина, определяемая силой, действующей на пробный единичный положительный заряд, помещенный в эту точку поля:

Как следует из формул (79.1) и (78.1), напряженность поля точечного заряда в вакууме

(79.2)

Направление вектора Е совпадает с направлением силы, действующей 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. 118).

Из формулы (79.1) 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 (см. § 84).