Билет № 9. Электрическое поле. Его характеристики: напряженность и потенциал. Эквипотенциальные поверхности.

По современным физическим представлениям, начало которым было положено работами М.Фарадея и Дж. Максвелла, электрическое взаимодействие осуществляется по схеме заряд – поле – заряд, т.е. с каждым зарядом обязательно связано электрическое поле, которое непосред­ственно действует с некоторой силой на все остальные заряды.

Электрическое поле – это особый вид материи, посредством которого взаимодействуют заряды. Оно материально, т.е. существует независимо от нашего сознания. Для электрических полей выполняется принцип суперпозиции, т.е. поля не складываются, а накладываются друг на друга, т.е. существуют независимо друг от друга. Поле может быть обнаружено по его воздействию на заряженные тела. Наглядную картину электрического поля можно получить с помощью силовых линий.

Силовая линия (линия поля) — это линия, касательная к которой показывает направление силы, с которой электрическое поле действует на пробный точечный положительный заряд, помещенный в данную точку поля.

Силовые линии уединенного точечного положительного заряда есть прямые, выходящие из заряда. Силовые линии уединенного точечного отрицательного заряда есть прямые, входящие в заряд.

Если поле образовано положительным и отрицательным зарядом, то силовые линии есть дуги, начинающиеся на положительном заряде и заканчивающиеся на отрицательном. Силовые линии э/поля плоской положительно заряженной пластинки есть прямые, перпендикулярные пластинки и выходящие из неё. Силовые линии э/поля плоской отрицательно заряженной пластинки есть прямые, перпендикулярные пластинки и входящие в неё. Силовые линии э/поля плоского заряженного конденсатора начинаются на положительно заряженной пластинке и заканчиваются на отрицательно заряженной.

Каждое э/поле характеризуется двумя параметрами: напряженностью и потенциалом. Напряженностьесть векторная величина, равная отношению силы, действующей на заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда.

А) Если известен точечный заряд, образующий поле и расстояние от него до точки, в которой определяется напряженность, то:

Б) Напряженность поля на поверхности заряженной сферы:

В) Напряженность поля плоской заряженной пластины площадью S:

Г) Напряженность поля между пластинами конденсатора:

Напряженность поля измеряется в В/м или Н/Кл.

1В/м есть напряженность в такой точке поля, в которой на заряд в 1 Кл действует сила в 1Н.

Внутри заряженного тела напряженность равна нулю, т.к. равнодействующая сил, приложенных к заряду равна нулю. Поэтому для защиты тел от воздействия э/поля их экранируют.

Э/поля делятся на однородные и неоднородные. Однородными называются такие поля, напряженность в каждой точке которых одинакова. Силовые линии однородного поля параллельны. У неоднородного поля силовые линии обычно искривлены.

Заряд, помещенный в э/поле, обладает энергией. С изменением заряда, помещенного в э/поле, меняется и его потенциальная энергия. Но при этом отношение потенциальной энергии заряда к величине этого заряда остается постоянным. Отношение потенциальной энергии заряда к величине этого заряда называется потенциаломв данной точке э/поля.

Потенциал есть величина алгебраическая. В системе интернациональной измеряется в Вольтах. 1 В есть потенциал в такой точке поля, в которой заряд в 1 Кл обладает потенциальной энергией в 1 Дж.

Если в какой-либо точке наложилось несколько полей, то потенциал этой точки равен алгебраической сумме потенциалов.

Потенциал в точке поля точечного заряда равен:

При переходе из одной точке э/поля в другую потенциал может изменяться. Разница между потенциалом конечной и начальной точки называется изменением потенциала ( ). В технике применяют величину, противоположную изменению потенциала по знаку, которую называют разностью потенциалов -( )= ( ) или напряжением (U). Напряжение есть величина, равная изменению потенциала с обратным знаком. Напряжение есть отношение работы, выполненной при перемещении заряда, к величине заряда.

Работа, выполненная при перемещении заряда в однородном поле. A=Eqd

Для равновесия зарядов на проводнике необходимо, чтобы все точки проводника имели одинаковые потенциалы, т.е. поверхность должна быть эквипотенциальной.

Потенциал любой внутренней точки заряженного проводника равен потенциалу поверхности.