Силовые линии электрического поля

Электрическое поле.

Два заряженных тела малых размеров взаимодействуют в свободном (от других тел) пространстве так, что куда бы мы ни поместили второе тело, первое «чувствует» его присутствие. Причем из вида закона взаимодействия (для электростатики закона Кулона) следует, что сила всегда пропорциональна заряду тела.

Очень давно (Майклом Фарадеем) была высказана идея о том, что каждый заряд создает вокруг себя в пространстве «нечто», что в свою очередь воздействует на другие заряды. Это «нечто» было названо «полем». Аналог такого «поля» - излучение лампочки фонарика в воздухе во все стороны. Яркость света зависит от расстояния до фонарика. «Видно» фонарик всюду, но по мере удаления от него свет становится все слабее. «Поле», созданное в пространстве, обладает относительной самостоятельностью. Оно, например, может существовать и после того, как сам его источник уже исчез. Многие из звезд, которые мы видим на небе, светят тем светом, который был испущен многие миллионы лет назад. Оказалось, что идея поля весьма плодотворна, а впоследствии выяснилось, что и сам свет представляет собой электромагнитное поле.

Описывать взаимодействие зарядов мы будем так:

Заряд (или заряды) создали в пространстве электрическое поле, а оно в свою очередь действует на помещенный в него заряд. Теперь «забудем» о том, что поле было создано зарядами. Будем говорить так: «На заряд, помещенный в электрическое поле, действует сила, величина которой пропорциональна заряду, а направление определяется полем». Поле в каждой точке пространства характеризуется «напряженностью» – это векторная величина, равная отношению силы, действующей на малый (пробный) заряд, к величине этого заряда. (4) Идея электрического поля очень хорошо «объясняет» как осуществляется передача зарядов через проводники: при наличии электрического поля в проводнике свободные заряды приходят в движение и это является причиной перераспределения зарядов.

Силовые линии электрического поля

Для отображения на плоских рисунках структуры электрического поля, распределенного в трехмерном пространстве, существует несколько приемов. Один из них состоит в том, что на плоскости рисуются линии, касательные к которым в каждой точке совпадают по направлению с направлением проекции на плоскость рисунка вектора напряженности электрического поля, существующего в данной точке. На линию наносятся стрелочки, которые показывают направление проекции вектора напряженности поля. Эти линии получили название «силовых линий электрического поля», хотя такая линия не показывает величины вектора напряженности поля. Если на плоскость рисунка попадает положительный точечный заряд, то в непосредственной близости от него силовые линии «выходят» из него. Для отрицательного точечного заряда ситуация прямо противоположная: силовые линии «входят» в него. Рисунок силовых линий только качественно описывает структуру электрического поля. Например, поле точечного заряда, расположенного в плоскости рисунка изображается прямыми линиями, которые проходят через точку, в которой находится заряд. Точно такой же рисунок будет и для бесконечной прямой линии равномерно заряженной по длине, которая пересекает плоскость рисунка перпендикулярно ей. Однако в первом случае величина поля зависит от расстояния по закону 1/R2 , а во втором случае по закону 1/R. Точно такой же рисунок будет и для любого тонкого заряженного отрезка, перпендикулярного плоскости рисунка, который лежит на линии, пересекающей плоскость в заданной точке. В этом случае закон изменения величины поля не совпадает ни с 1/R2 , ни с 1/R1.

Напряженность поля точечного заряда:

где q0 - заряд, создающий электрическое поле.

В любой точке поля напряженность направлена всегда вдоль прямой, соединяющей эту точку и q0.