2.2 Электрическое поле

Электрическим полем называют вид материи, посредством кото­рой происходит взаимодействие электрических зарядов.

Понятие электрического поля было введено М. Фарадеем в 30-х годах XIX века. Согласно Фарадею каждый покоящийся заряд создает в окружающем пространстве электрическое поле. Поле одного заряда действует на другой заряд и наоборот. Так осуществляется взаимодей­ствие зарядов.

Свойства электрического поля:

• порождается электрическим зарядом;

• обнаруживается по действию на заряд;

• действует на заряды с некоторой силой;

• распространяется с конечной скоростью.

Напряженность электрического поля

Напряженность электрического поля —векторная физическая

величина Е, являющаяся основной количественной характеристикой электрического поля, определяется отношением силы, действующей со стороны поля на электрический заряд, к величине этого зарядаE=F/q. Единицей напряженности электрического поля в СИ является

вольт на метр: [E]=

Напряженность электрического поля точечного заряда qв дан­ной точке пространства находится по формуле

Принцип суперпозиции электрических полей

Напряженность электрического поля удовлетворяет принципу суперпозиции:

полная напряженность поля, создаваемого зарядами в некоторой точке, равна геометрической сумме напряженностей по­лей, создаваемых отдельными зарядами в той же точке

Рис.2– Напряженность электрического поля, создаваемого зарядамиq₁иq₂

Распределение электрического поля в пространстве можно изо­бражать графически с помощью силовых линий электрического поля. Силовая пиния - воображаемая линия в пространстве, касательная к ко­торой в каждой точке совпадает с направлением в этой точке. Сило­вые линии начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных. По густоте силовых линий можно судить о величине напряженности электрического поля. Силовые линии одного и того же поля не пересекаются.

Рис.3 .Силовые линии электрических полей

Поле неподвижных зарядов называют электростатическим полем. Однородное поле - это поле, в каждой точке которого вектор на­пряженности одинаков по величине и направлению.

2.3 Работа электростатического поля при перемещении заряда

На заряд q, помещенный в электростатическое поле напряженно­стью, действует сила. Поэтому при его перемещении будет производиться работа

_,

где S- вектор перемещения.- проекция вектора переме­щения на направление силы.

Работа электростатического поля равна изменению потенци­альной энергии заряда, взятого с противоположным знаком, и не зави­сит от формы траектории

.

Рис.4 -Перемещение заря­да +qиз точки 1 в точку 2 в электростатическом поле с напряженностью

Потенциальная энергия заряда в однородном электростатическом поле равна

W=qEd.

Напряженность поля точечного заряда определяется по формуле

Работа по перемещению заряда Qмежду точками 1 и 2 с рас­стояниямииот точечного заряда может быть вычислена по фор­муле

Работа А не зависит от формы и выбора пути (траектории) и оп­ределяется лишь начальным и конечным положением заряда Q. Поэто­му работа поля по замкнутому контуру равна нулю. Следовательно электростатическое поле является полем консервативных (потенциаль­ных) сил и может быть охарактеризовано потенциалом.

Потенциал

Потенциал электростатического поля в данной точке простран­ства является скалярной энергетической характеристикой и равен отно­шению потенциальной энергии взаимодействия заряда с полем к вели­чине этого заряда

Разность потенциалов. Напряжение

Под разностью потенциалов между двумя точ­ками понимают отношение работы поля при перемещении заряда из точки 1 в точку 2

.

В СИ за единицу потенциала принимается вольт (В):

[]=1 В=1Дж/Кл.