Основные свойства и характеристики электрического поля.

Электрическое поле обнаруживается в пространстве, окружающем заряженные частицы и тела, с которыми это поле связано.

Главным свойством электрического поля является силовое действие на электрически заряженную частицу, причем сила воздействия пропорциональна заряду частицы и не зависит от её скорости.

Электрическое поле неподвижных зарядов называется электростатическим.

Закон Кулона.

В результате опытов французский физик Кулон в 178г. установил закон взаимодействия двух наэлектризованных тел.

Сила взаимодействия двух точечных заряженных тел прямо пропорциональна произведению зарядов этих тел и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

. (1)

=8,85∙10 Ф/м – электрическая постоянная.

Электрическое поле создается заряженными частицами и телами и вместе с тем действует на заряженные частицы и тела с некоторой силой. Каждое из двух взаимодействующих тел создает свое поле, а в окружающем их пространстве одно поле накладывается на другое и образует общее электрическое поле.

٭Напряженность электрического поля.

Важные для практики свойства и характеристики электрического поля зависят от формы заряженного тела, величины, знака и распределения его заряда, от взаимного расположения заряженных тел, от свойств среды, окружающей заряженные тела, и других факторов. Поэтому электрические поля, созданные при различных условиях, отличаются одно от другого по форме, а также по количественным и качественным показателям.

Для того, чтобы сопоставлять электрические поля, оценивать возможности их использования и вести соответствующие расчеты, установлены и применяются силовые и энергетические характеристики электрического поля.

٭Силовой характеристикой электрического поля является напряженность электрического поля.

Напряженность электрического поля – векторная величина, численно равная отношению силы, действующей на положительно заряженную частицу, к её заряду:

Е = (2)

где Е – напряженность электрического поля, В/м (Вольт/метр).

Подставив в это выражение Кулоновскую силу, получим выражение напряженности электрического поля точечного заряженного тела в любой точке, отстоящей от него на расстоянии r:

Е = . (3)

Для наглядного изображения электрического поля проводят линии напряженности (силовые линии). В каждой точке такой линии направление вектора напряженности электрического поля совпадает с касательной этой линии.

Электрическое поле называют однородным (или равномерным), если во всех его точках напряженность поля одинакова по величине и направлению.

Равномерное поле имеется между двумя параллельными заряженными пластинами, линейные размеры которых значительно больше расстояния между ними, а у краев пластин поле неравномерно.

٭Электрическое напряжение.

Свободная частица с положительным зарядом Q в электрическом поле будет перемещаться в направлении действующей на нее электрической силы F. При перемещении частицы на расстояние l между точками 1 и 2 совершается работа А =Fl, которую можно выразить через напряженность : А =EQl. Работа зависит не только от величин, относящихся к полю (E,l), но и от заряда частицы:

U = А /Q, (4)

U – электрическое напряжение, В (вольт); А - работа, Дж (джоуль).

Отношение работы сил электрического поля по перемещению заряженной частицы между двумя точками к величине заряда частицы называется электрическим напряжением между этими точками. Или разностью потенциалов ∆φ.

В равенство (4) подставим выражение работы, получим формулу, в которой ٭энергетическая характеристика электрического поля (U) связана с силовой характеристикой (Е):

U = El. (5)

Для расчета применяется также энергетическая характеристика электрического поля в каждой точке – электрический потенциал (φ).

Отношение потенциальной энергии заряженной частицы, находящейся в некоторой точке электрического поля, к величине ее заряда выражает потенциал поля в этой точке: φ =А /Q; φ =А /Q.

Потенциальная энергия заряженной частицы в электрическом поле уменьшается при переходе от точки к точке по направлению линий напряженности. Она становится равной нулю за пределами электрического поля, где сила F=0.