16. Напряженность электрического поля. Электрические силовые линии. Принцип суперпозиции.

Н АПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ — векторная физическая величина (Е), являющаяся основной количественной характеристикой электрического поля; определяется отношением силы, действующей со стороны поля на электрический заряд, к величине заряда (при этом заряд должен быть малым, чтобы не изменять ни величины, ни расположения тех зарядов, которые порождают исследуемое поле).

Э ЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИЛОВЫЕ ЛИНИИ — линия, в каждой точке которой касательная совпадает с вектором напряженности поля. Электрическое поле наглядно изображается с помощью силовых линий. Силовые линии указывают направление силы, действующей на положительный заряд в данной точке поля.

ПРИНЦИП СУПЕРПОЗИЦИИ — один из самых общих законов во многих разделах физики. В самой простой формулировке принцип суперпозиции гласит:

• Результат воздействия на частицу нескольких внешних сил есть векторная сумма воздействия этих сил.

Наиболее известен принцип суперпозиции в электростатике, в которой он утверждает, что электростатический потенциал, создаваемый в данной точке системой зарядов, есть сумма потенциалов отдельных зарядов.

Принцип суперпозиции может принимать и иные формулировки, которые полностью эквивалентны приведённой выше:

• Взаимодействие между двумя частицами не изменяется при внесении третьей частицы, также взаимодействующей с первыми двумя.

• Энергия взаимодействия всех частиц в многочастичной системе есть просто сумма энергий парных взаимодействий между всеми возможными парами частиц. В системе нет многочастичных взаимодействий.

• Уравнения, описывающие поведение многочастичной системы, являются линейными по количеству частиц.

17.Поток напряженности эл. Поля. Теорема Гаусса эл. Поля в вакууме.

Произведение модуля вектора на площадь ΔS и на косинус угла α между вектором и нормалью к площадке называется элементарным потоком вектора напряженности через площадку ΔS:

где En – модуль нормальной составляющей поля

Теорема Гаусса утверждает:

Поток вектора напряженности электростатического поля через произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме зарядов, расположенных внутри этой поверхности, деленной на электрическую постоянную :

18. Применение теоремы Гаусса для расчета эл. Полей равномерно заряженных сферы, бесконечной нити и плоскости.

Поле равномерно заряженной бесконечной плоскости: , где — поверхностная плотность заряда.

Поле равномерно заряженной бесконечной нити с линейной плотностью заряда на расстоянии r :

Поле шара, заряженного равномерно с объемной плотностью заряда .

R- радиус шара, Q- общий заряд шара, r- расстояние от центра.

19. Проводники в электрическом поле. Электрическое поле внутри и снаружи проводника. Распределение электрических зарядов в проводнике.

Вещество, внесенное в электрическое поле, может существенно изменить его. Это связано с тем, что вещество состоит из заряженных частиц. В отсутствие внешнего поля частицы распределяются внутри вещества так, что создаваемое ими электрическое поле в среднем по объемам, включающим большое число атомов или молекул, равно нулю. При наличии внешнего поля происходит перераспределение заряженных частиц, и в веществе возникает собственное электрическое поле. Полное электрическое поле Е складывается в соответствии с принципом суперпозиции из внешнего поля Е₀ и внутреннего поля Е^’ создаваемого заряженными частицами вещества.

Основная особенность проводников – наличие свободных зарядов (электронов), которые участвуют в тепловом движении и могут перемещаться по всему объему проводника. Типичные проводники – металлы.

В отсутствие внешнего поля в любом элементе объема проводника отрицательный свободный заряд компенсируется положительным зарядом ионной решетки. В проводнике, внесенном в электрическое поле, происходит перераспределение свободных зарядов, в результате чего на поверхности проводника возникают нескомпенсированные положительные и отрицательные заряды. Этот процесс называют электростатической индукцией, а появившиеся на поверхности проводника заряды – индукционными зарядами.

И ндукционные заряды создают свое собственное поле Е^’, которое компенсирует внешнее поле E₀ во всем объеме проводника: E=E₀+E^’ (внутри проводника). Полное электростатическое поле внутри проводника равно нулю, а потенциалы во всех точках одинаковы и равны потенциалу на поверхности проводника.

Все внутренние области проводника, внесенного в электрическое поле, остаются электронейтральными. Если удалить некоторый объем, выделенный внутри проводника, и образовать пустую полость, то электрическое поле внутри полости будет равно нулю. На этом основана электростатическая защита – чувствительные к электрическому полю приборы для исключения влияния поля помещают в металлические ящики.

Так как поверхность проводника является эквипотенциальной, силовые линии у поверхности должны быть перпендикулярны к ней.