Глава III.2. Напряженность и смещение электрического поля § III.2.I. Электрическое поле. Напряженность поля
1°.Силовым полемназывается одна из форм материи, изучаемой физикой наряду с веществом. Важнейшей особенностью силовых полей является то, что с их помощью осуществляются различного рода взаимодействия. Так, гравитационное поле (I.6.2.1°) осуществляет гравитационное взаимодействие находящихся в нем масс. Все поля обладают важнейшими свойствами, характеризующими их материальную природу, в первую очередь энергией. Между полем и веществом нет непроходимых границ – они могут переходить друг в друга (VIII.2.5.5º).
Физическое поле не может быть определено как пространство, в котором действуют некоторые силы. Пространство, как и время, является формой существования материи. Из того, что поля существуют в пространстве, отнюдь не следует, что поле можно отождествить с пространством, так как форму существования материи нельзя смешивать с самой материей.
2º. Кулоновское взаимодействие (III.1.2.2°) между неподвижными электрически заряженными частицами или телами осуществляется посредством создаваемого имиэлектростатического поля. Электростатическое поле представляет собой не изменяющееся с течением времени, т. е.стационарное,электрическое поле, создаваемое неподвижными электрическими зарядами. Это поле представляет собой одну из формэлектромагнитного поля, которое осуществляет взаимодействие между электрически заряженными частицами (или телами), движущимися, в общем случае, произвольным образом относительно выбранной системы отсчета.
Характерным свойством произвольного электрического поля, отличающим его от других физических полей, является его действие как на движущиеся, так и на неподвижные электрические заряды (заряженные частицы и тела).
3°. Количественной силовой характеристикой действия электрического поля на заряженные частицы и тела является векторEнапряженности электрического поля. Напряженность электрического поля в данной его точке равна отношению силыF, с которой поле действует на точечный (III.1.2.3º)пробный электрический заряд, помещенный в рассматриваемую точку поля, к величинеq0этого заряда:
.
Считается, что «пробный заряд» q0столь мал, что его присутствие не вызывает перераспределения в пространстве зарядов, создающих исследуемое поле. Другими словами, пробный заряд не искажает исследуемого с его помощью поля.
Электрическое поле называется однородным(однородное электрическое поле), если в любой его точке вектор напряженностиEимеет постоянную величину и направление.
4°. Напряженность электростатического поля точечного зарядаqв точке, удаленной от него на расстояниеr:
(в
СИ),
(в
системе СГСЭ),
где r– радиус-вектор, соединяющий зарядqточкой, где вычисляется напряженность поля. ВекторыEво всех точках поля направлены радиально от зарядаq, еслиq> 0, и направлены радиально к нему, еслиq< 0. ПроекцияErнапряженности поля на направление радиуса-вектораr:
(в
СИ),
(в
системе СГСЭ).
По такой же формуле вычисляется напряженность поля сферы, заряженной по поверхности зарядом qна расстоянииrот центра сферы радиусаR.Внутри сферыEr= 0.
5°. СилаF, с которой электрическое поле действует на произвольный зарядq, помещенный в данную точку поля:
,
где Е– напряженность поля в точке нахождения зарядаq, искаженного этим зарядом, т. е. отличного от поля, которое было до внесения в него зарядаq.
6°. Для графического изображения электростатических полей применяется методсиловых линий (линий напряженности).
Силовыми линияминазываются кривые, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности поля. Силовые линии считаются направленными так же, как вектор напряженности. Линии напряженности не пересекаются, так как в каждой точке поля векторЕимеет лишь одно направление.
Силовые линии не тождественны с траекториями движения легких заряженных частиц в электростатическом поле. В каждой точке траектории частицы по касательной к ней направлена скорость. По касательной к силовой линии направлена сила, с которой электрическое поле действует на заряженную частицу, а следовательно, и ускорение.