Электрическое поле. Напряженность электростатического поля. Принцип суперпозиции. Графическое изображение поля

Если в пространство, окружающее электрический заряд, внести другой заряд, то на него будет действовать кулоновская сила; значит, в пространстве, окружающем электрические заряды, существует силовое поле.

Мы будем рассматривать электрические поля, которые создаются неподвижными электрическими зарядами и называются электростатическими.

Если в поле, создаваемое зарядом q, поместить пробный заряд q₀, то на него действует сила F, различная в разных точках поля, которая, согласно закону Кулона (8.1.1.), пропорциональна пробному заряду q₀. Поэтому отношение F/q₀ не зависит от q₀ и характеризует электрическое поле в той точке, где пробный заряд находится. Эта величина называется напряженностью и является силовой характеристикой электростатического поля.

Напряженность электростатического поля в данной точке есть физическая величина, определяемая силой, действующей на пробный единичный положительный заряд, помещенный в эту точку поля:

.(8.2.1.)

Как следует из формул (8.2.1.) и (8.1.1.), напряженность поля точечного заряда в вакууме

или . (8.2.2.)

Направление вектора совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд. Если поле создается положительным зарядом, то вектор направлен вдоль радиуса-вектора от заряда во внешнее пространство (отталкивание пробного положительного заряда); если поле создается отрицательным зарядом, то вектор направлен к заряду (рис.8.2).

Из формулы (8.2.1.) следует, что единица напряженности электростатического поля – ньютон, деленный на кулон (Н/Кл):

Графически электростатическое поле изображают с помощью линий напряженности.

Линии напряженности - линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора .

Линиям напряженности приписывается направление, совпадающее с направлением вектора напряженности. Т.к. в каждой данной точке пространства вектор напряженности имеет лишь одно направление, то линии напряженности никогда не пересекаются.

Однородное поле - поле, в котором вектор напряженности в любой точке одинаков по величине и направлению.

Если поле создается точечным зарядом, то линии напряженности - радиальные прямые, выходящие из заряда, если он положителен (рис.8.3,а), и входящие в него, если заряд отрицателен (рис.8.3,б). Вследствие большой наглядности графический способ представления электрического поля широко применяется в элек

тротехнике.

Рассмотрим метод определения модуля и направления вектора напряженности в каждой точке электростатического поля, создаваемого системой неподвижных зарядов q₁, q₂, ... , q .

Опыт показывает, что к кулоновским силам применим рассмотренный в механике принцип независимости действия сил, т.е. результирующая сила , действующая со стороны поля на пробный заряд , равна векторной сумме сил , приложенных к нему со стороны каждого из зарядов :

. (8.2.3.)

и , где - напряженность результирующего поля, а - напряженность поля, создаваемого зарядом . Подставляя последние выражения в (8.2.3.), получим

. (8.2.4.)

Формула (8.2.4.) выражает принцип суперпозиции (наложения) электростатических полей,согласно которому напряженность результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равна геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности.

Принцип суперпозиции позволяет рассчитать электростатические поля любой системы неподвижных зарядов. Если поле создается протяженным заряженным телом, то его всегда можно мысленно разбить на небольшие участки и рассматривать как совокупность точечных зарядов.