5.2. Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля

Вокруг неподвижных электрических зарядов возникает особый вид материи – электростатическое поле. Электростатическое поле - материальная среда, с помощью (или посредством) которой осуществляется взаимодействие электрических зарядов.

Основные характеристики электростатического поля:

• - напряженность электростатического поля (силовая характеристика, величина векторная). Напряженность измеряется в вольтах на метр (В/м) или в ньютонах на кулон (Н/Кл)

• - потенциал электростатического поля (энергетическая характеристика, величина скалярная). Потенциал измеряется в вольтах (В).

Для обнаружения и исследования электростатического поля используется пробный точечный положительный заряд – такой заряд, который не искажает исследуемое поле. Обозначим такой заряд .

Напряженность электростатического поля в некоторой точке численно равна отношению силы, действующей на пробный точечный заряд, помещенный в данную точку электростатического поля, к величине этого заряда:

.(50)

Иначе: напряженность электростатического поля определяется силой, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку электростатического поля.

Формула для определения модуля напряженности электростатического поля, создаваемого в вакууме точечным зарядом в любой точке пространства на расстоянии вокруг него:

. (51)

Напряженность поля точечного заряда в среде с диэлектрической проницаемостью :

. (52)

Для визуального (графического) представления электростатического поля вводится понятие силовых линий электростатического поля, или линий напряженности.

Силовые линии электростатического поля – это линии, касательные к которым в каждой точке электростатического поля совпадают с направлением вектора (рис. 27).

Рис.27. Силовые линии точечных зарядов

Силовые линии никогда не пересекаются и всегда перпендикулярны поверхности заряженного тела. Густота линий напряженности прямо пропорциональна модулю напряженности электростатического поля в данной области пространства.

Принцип суперпозиции

Опыт показывает, что к кулоновским силам, как и к силам в механике, применим принцип суперпозиции (наложения) электростатических полей.

Принцип суперпозиции для вектора напряженности: напряженность электростатического поля, созданного системой электрических зарядов, определяется векторной суммой напряженностей электростатических полей, создаваемых в данной точке каждым зарядом в отдельности:

. (53)

5.3. Потенциал электростатического поля

Потенциал в конкретной точке электростатического поля определяется работой по перемещению единичного положительного заряда из данной точки электростатического поля в бесконечно удаленную:

. (54)

Формула для определения потенциала электростатического поля, создаваемого в вакууме точечным зарядом в любой точке пространства на расстоянии вокруг него:

. (55)

Потенциал поля точечного заряда в среде с диэлектрической проницаемостью :

. (56)

Работа электростатических сил по перемещению заряда из точки с потенциалом в точку с потенциалом:

. (57)

Поскольку работа – мера изменения энергии, то потенциал можно также определить через потенциальную энергию, которой обладает единичный положительный заряд, помещенный в данную точку электростатического поля.

Потенциал электростатического поля, создаваемый положительными зарядами, имеет знак «+», а создаваемый отрицательными зарядами имеет знак «-».

Принцип суперпозиции для потенциала:

(58)

потенциал электростатического поля, созданного несколькими зарядами, определяется алгебраической суммой потенциалов, создаваемых электростатическими полями каждого заряда в отдельности.