Графическое изображение электростатических полей

1. Линии вектора Графическое изображение электростатических полей - student2.ru. Для графического изображения электростатических полей используют линии вектора Графическое изображение электростатических полей - student2.ru - они проводятся так, чтобы в каждой точке линии вектор Графическое изображение электростатических полей - student2.ru был направлен по касательной к ней (рис.3.6). Линии Графическое изображение электростатических полей - student2.ru нигде не пересекаются, они начинаются на положительных зарядах, заканчиваются на отрицательных или уходят в бесконечность. Примеры графического изображения полей точечных зарядов приведены на рис.3.6,б,в,г. Видно, что

Графическое изображение электростатических полей - student2.ru

Рис.3.6

для одного точечного заряда линии Графическое изображение электростатических полей - student2.ru представляют собой прямые линии, выходящие или входящие в заряд. В случае однородного электрического поля (рис.3.6,д), в каждой точке которого вектор Графическое изображение электростатических полей - student2.ru одинаков и по модулю, и по направлению, линии Графическое изображение электростатических полей - student2.ru представляют собой прямые линии, параллельные друг другу и отстоящие друг от друга на одинаковом расстоянии.

Графическое изображение полей с помощью линий Графическое изображение электростатических полей - student2.ru позволяет наглядно видеть направление кулоновской силы, действующей на точечный заряд, помещенный в данную точку поля, что является удобным для качественного анализа поведения заряда.

Обычно линии Графическое изображение электростатических полей - student2.ru проводят так, чтобы их густота (количество линий, пронизывающих перпендикулярную к ним плоскую поверхность фиксированной площади) в каждой точке поля определяла числовое значение вектора Графическое изображение электростатических полей - student2.ru . Поэтому по степени близости линий Графическое изображение электростатических полей - student2.ru друг другу можно судить об изменении модуля Графическое изображение электростатических полей - student2.ru и соответственно об изменении модуля кулоновской силы, действующей на заряженную частицу в электрическом поле.

2. Эквипотенциальные поверхности. Эквипотенциальная поверхность – это поверхность равного потенциала, в каждой точке поверхности потенциал φ остается постоянным. Поэтому элементарная работа по перемещению заряда q по такой поверхности будет равна нулю: Графическое изображение электростатических полей - student2.ru . Из этого следует, что вектор Графическое изображение электростатических полей - student2.ru в каждой точке поверхности будет перпендикулярен к ней, т.е. будет направлен по вектору нормали Графическое изображение электростатических полей - student2.ru (рис.3.6,г). Действительно, если бы это было не так, то тогда существовала бы составляющая вектора Графическое изображение электростатических полей - student2.ru ( Графическое изображение электростатических полей - student2.ru ), направленная по касательной к поверхности, и, следовательно, потенциал в разных точках поверхности был бы разным ( Графическое изображение электростатических полей - student2.ru Графическое изображение электростатических полей - student2.ru ¹const), что противоречит определению эквипотенциальной поверхности.

На рис.3.6 приведено графическое изображение электрических полей с помощью эквипотенциальных поверхностей (пунктирные линии) для точечного заряда (рис.3.6,б,в, это сферы, в центре которых находится точечный заряд), для поля, созданного одновременно отрицательным и положительным зарядами (рис.3.6,г), для однородного электрического поля (рис.3.6,д, это плоскости, перпендикулярные к линиям Графическое изображение электростатических полей - student2.ru ).

Условились проводить эквипотенциальные поверхности так, чтобы разность потенциалов между соседними поверхностями была одинаковой. Это позволяет наглядно видеть изменение потенциальной энергии заряда при его движении в электрическом поле.

Тот факт, что вектор Графическое изображение электростатических полей - student2.ru перпендикулярен к эквипотенциальной поверхности в каждой ее точке, позволяет достаточно просто переходить от графического изображения электрического поля с помощью линий Графическое изображение электростатических полей - student2.ru к эквипотенциальным поверхностям и наоборот. Так, проведя на рис.3.6,б,в,г,д пунктирные линии, перпендикулярные к линиям Графическое изображение электростатических полей - student2.ru , можно получить графическое изображение поля с помощью эквипотенциальных поверхностей в плоскости рисунка.

Наши рекомендации