Связь между напряженностью электрического поля

И потенциалом

Работа сил поля над зарядом Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru на отрезке пути Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru может быть представлена, с одной стороны, как Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru , с другой же стороны как убыли потенциальной энергии заряда, т.е. как Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru . Приравнивая эти выражения, получим

Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru ,

откуда находим, что

Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru ,

где через Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru обозначено произвольно выбранное направление в пространстве. В частности,

Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru , Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru , Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru ,

откуда Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru .

Выражение, стоящее в скобках, называется градиентом скаляра j (обозначается Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru ). Используя обозначения градиента, можно написать:

Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru , (Ñ - набла).

Таким образом, напряженность электрического поля равна градиенту потенциала, взятому с обратным знаком. Направление градиента совпадает с направлением Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru , в котором при смещении из дано точки функция j, возрастая по величине, изменяется с наибольшей скоростью.

Величина производной Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru по этому направлению дает модуль градиента. Частные производные Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru представляют собой проекции градиента на координатные оси Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru . Проекция градиента на ^ к нему направление t, очевидно, равна нулю: Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru .

Поясним соотношения между напряженностью поля и потенциалом на примере поля точечного заряда. Потенциал этого поля выражается функцией Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru .

Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru Рассмотрим точку поля 1, положение которой определяется радиусом-вектором Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru . При смещении из этой точки в разных направлениях на одинаковой величине малый отрезок Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru наибольшее

Рис. 13.8. положительное приращение j получается для

направления от точки 1 к заряду Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru , если он положителен, и от заряда Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru к точке 1, если отрицателен. Следовательно, направление градиента Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru может быть представлено в виде

Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru ,

где (-) соответствует положительному заряду, а (+) – отрицательному. Проекция Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru на направление Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru равна

Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru

или Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru .

Эквипотенциальные поверхности

Для наглядного изображения поля можно вместо напряженности воспользоваться поверхностями равного потенциала или эквипотенциальными поверхностями. Эквипотенциальная поверхность – это такая поверхность, все точки которой имеют одинаковый потенциал. Если потенциал задан как функция x, y, z, уравнение эквипотенциальной поверхности имеет вид

j (x, y, z) = const.

Направление нормали к эквипотенциальной поверхности будет совпадать с направлением вектора Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru в той же точке.

Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru Уславливаются проводить поверхности таким образом, чтобы разность потенциалов Связь между напряженностью электрического поля - student2.ru для двух соседних поверхностей была одна и та же. Тогда по густоте эквипотенциальных поверхностей можно судить о величине напряженности поля. Чем гуще, тем быстрее изменяется потенциал.

Рис. 13.9.

Применение электростатики в строительстве

Наши рекомендации