Електричне поле і його властивості

За сучасними уявленнями, матерія існує у двох формах: речовини і поля. Про речовину людство мало уявлення здавна, тому що вона прямо діє на органи чуття людини (дотик, зір, смак і т. п.), і відомості про неї нагромаджувались та уточнювались.

Уявлення про електричне поле було введено в науку лише близько 150 років тому видатними англійськими вченими Фарадеєм і Максвеллом. Отже, поле така сама фізична реальність, як і речовина. Зараз воно відоме теж у декількох видах: гравітаційного, електричного (електромагнітного), ядерного та слабкого. Всі відомі поля мають притаманні їм властивості. Якщо поле створюється нерухомими зарядами, то його називають електростатичним. Електростатичне поле має наступні властивості:

1. Електростатичне поле створюється зарядом.

2. Електростатичне поле діє на заряд.

3. Електростатичне поле описують за допомогою двох фізичних величин Е - напруженості електричного поля (силової характеристики поля) і j - потенціалу електричного поля (енергетичної характеристики поля).

4. Електростатичне поле послаблюється речовиною у ξ разів.

5. Для електростатичного поля справедливий принцип суперпозиції полів. Поля не взаємодіють між собою, а накладаються одне на одне і діють на внесений в них заряд незалежно одне від одного.

6. В однорідному середовищі електростатичне поле неперервне і зменшується обернено пропорційно R², де R відстань від заряду, що створює поле, до точки у якій це поле розглядають.

7. Електростатичне поле розповсюджується у вакуумі з швидкістю 300 000 км/с.

8. Електростатичне поле потенціальне, тобто робота електростатичного поля по переміщенню заряду не залежить від траєкторії переміщення, і робота по переміщенню заряду вздовж замкненої траєкторії дорівнює нулю.

9. На малюнку електростатичне поле зображають за допомогою силових ліній електростатичного поля і еквіпотенціальних поверхонь.

Напруженість електростатичного поля (ф.в.)

1. Напруженість електростатичного поля - це силова характеристика електростатичного поля. Це означає, що якщо її помножити на заряд, то отримують силу.

2. Визначення. Напруженість електростатичного поля - це фізична величина, яка дорівнює відношенню сили, що діє на заряд, внесений в електричне поле, до величини цього заряду.

3. Напруженість електростатичного поля - це векторна величина, напрямок якої залежить від заряду, що створює поле. Якщо поле утворюється додатнім зарядом, то напруженість поля напрямлена від заряду. Якщо поле утворюється від'ємним зарядом, то напруженість поля напрямлена до заряду.

4. Де F- сила, яка діє на заряд, внесений у електростатичне поле q₀ - заряд, який вносять у поле (цей заряд повинен бути настільки малим, щоб він не змінював величини і розподілу тих зарядів, що утворюють електричне поле).

5. [Е] = Н/Кл = В/м.

Електрична сила

На заряд внесений в електричне поле діє сила. Ця сила дістала назву електрична.

1. Визначення. Електрична сила - це сила, яка діє на заряд, внесений в електричне поле.

2.Формула для обчислення електричної сили має вигляд:

F_ел = Еq₀ (для електрона F = Ее), де F_ел – електрична сила, Е – напруженість електричного поля, q₀ – електричний заряд внесений в поле, е – елементарний заряд.

3. Напрямок дії сили залежить від знаку заряду. Якщо заряд позитивний, то електрична сила напрямлена за напрямком напруженості електричного поля. Якщо заряд негативний, то електрична сила напрямлена проти напрямку напруженості.

Рисунок 10.3 Лінії напруженості електричного поля: 1) позитивного точкового заряду; 2) негативного точкового заряду; 3) різнойменних зарядів; 4) однойменних зарядів; 5) двох різнойменно заряджених пластин.

4. Формула електричної сили носить більш загальний характер, так як вона дає змогу обчислити силу дії заряду незалежно від того, що є джерелом поля: заряд, система точкових зарядів чи заряджене тіло, а кулонівська сила описує лише взаємодію точкових зарядів або куль. Тобто сила кулона є частковим випадком електричної сили.

Лінії напруженості електричного поля (силові лінії електричного поля)

Для наочного зображення електричного поля користуються «сімейством ліній», що вказують напрямок напруженості поля в кожній крапці простору. Ці лінії дістали назву лінії напруженості або слові лінії електричного поля.

Визначення. Лінії напруженості електростатичного поля - це лінії, дотична до яких показує напрямок напруженості електричного поля в даній точці.

Лінії напруженості електростатичного поля мають наступні властивості:

1) лінії напруженості електричного поля носять розімкнений характер, тобто починаються на позитивних і закінчуються на негативних зарядах, або ідуть у нескінченність;

2) Лінії напруженості електричного поля не перетинаються між собою і є неперервними між зарядами;

3) Для однорідного поля лінії напруженості електричного поля паралельні одна одній.

Силові лінії проводяться так, щоб указувати напрямок сили, що діє в даному полі на позитивний пробний заряд. Силові лінії точкового позитивного заряду показані на рисунку 10.3.

Рисунок 10.4 До пояснення принципу суперпозиції полів.