1.Потенциал.

Рассмотрим поле заряда q. В любой точке поля на точечный заряд q действует сила

. Эта сила является центральной, т.к. она зависит только от расстояния между взаимодействующими частицами и направлена вдоль прямой их соединяющей. Поле центральных сил консервативно: работа, совершаемая силами поля по перемещению заряда q из точки 1 в точку 2, рис.1.4 не зависит от формы пути. Она равна:

, где - элементарное перемещение заряда q. Из рис. видно, что - приращение радиуса-вектора . Значит, работа

. (1)

И

Рис.1.4

з механики известно, что работа сил консервативного поля может быть представлена как убыль потенциальной энергии частицы в этом поле:

(2)

Сопоставление формул (1) и (2) дает следующее выражение для потенциальной энергии заряда q в поле заряда q:

. Поскольку при потенциальная энергия , то

const =0 и .

Таким образом, если использовать заряд q как пробный , то его энергия в поле заряда q зависит как от самого заряда q, так и от свойств поля, определяемого зарядом q и расстоянием. Однако отношение не зависит от пробного заряда, а определяется свойствами поля и может быть энергетической характеристикой поля заряда q. Эта величина называется потенциалом  = , т.е. потенциал численно равен потенциальной энергии единичного положительного заряда в данной точке поля. Потенциал точечного заряда:

.

Если поле создается системой N зарядов, то работа сил этого поля по перемещению заряда q равна алгебраической сумме работ, совершенных каждым из N зарядов в отдельности:

, где ,тогда , значит, потенциальная энергия заряда q в поле системы зарядов равна:

, а потенциал ,

таким образом, потенциал поля системы зарядов равен алгебраической сумме потенциалов полей каждого из зарядов в отдельности. Напряженности полей складываются векторно, значит их вычисление значительно сложнее, чем вычисление потенциалов.

Из определения потенциала следует, что произвольный заряд q, находящийся в точке поля с потенциалом обладает потенциальной энергией . Значит работа сил поля по перемещению заряда q может быть записана как , т.е. равна произведению перемещаемого заряда на разность потенциалов в начальной и конечной точках . Если заряд удаляется на бесконечность, то , т.е. можно сказать, что потенциал численно равен работе сил поля по перемещению единичного положительного заряда из данной точки поля в бесконечность. За единицу потенциала принимается потенциал такой точки поля, для перемещения в которую заряда 1Кл из бесконечности требуется совершить работу 1 Дж: 1В=1Дж/1Кл.

2.Сторонние силы. Напряженность поля сторонних сил.

Если в проводнике создать электрическое поле и не принять мер к его сохранению, то перемещение носителей заряда приведет к выравниванию потенциалов в разных точках проводника и ток прекратится. Т.е. при наличии лишь кулоновских сил стационарное поле очень быстро станет полем статическим. Чтобы поддерживать ток в проводнике длительное время нужно от конца проводника с меньшим потенциалом отводить положительный заряд и подводить его к концу с большим потенциалом, т.е. создать замкнутую электрическую цепь. Линии тока при этом замкнутся. Это значит, что в замкнутой цепи наряду с участками, на которых положительные носители движутся вдоль поля, в сторону убывания потенциала, должны быть участки, на которых перенос положительного заряда происходит в сторону возрастания потенциала, против сил электростатического поля, пунктир на рис.5.3.

Рис.5.3

Такое перемещение носителей заряда возможно лишь с помощью сил неэлектростатической природы, называемых сторонними силами Таким образом, для поддержания тока необходимы сторонние силы, действующие либо во всей цепи, либо на отдельных ее участках. Они могут быть обусловлены химическими и физическими неоднородностями проводников (гальванические элементы, термопары), электрическими полями неэлектростатической природы (вихревыми).

Для количественной характеристики сторонних сил вводят понятие поля сторонних сил с напряженностью - модуль ее равен сторонней силе, действующей на единичный положительный заряд: .