 |
|
Основні характеристики електричного поля
Електричне поле характеризується потенціалом, напругою і напруженістю. Потенціал ( j ) є енергетичною характеристикою електричного поля. Взаємодія ектричних зарядів відбувається саме тому, що електричне поле пов'язано з енергією. В електричному полі завжди можна знайти точку, потенціальну енергію якої відносно інших точок можна вважати такою, що дорівнює нулю. Таку точку називають нульовою.
Потенціалом даної точки електричного поля називають фізичну величину, що характеризує потенціальну енергію в цій точці і чисельно дорівнює роботі, яку необхідно виконати для переміщення одиниці позитивного заряду з цієї точки в нульову. Потенціал визначається за формулою:
де j — потенціал даної точки, В; W — потенціальна енергія в точці поля або виконана робота, W == А, Дж; Q — електричний заряд в даній точці, Кл; В = Кл/Дж.
Потенціал точки електричного поля дорівнює одному вольту, якщо при переміщенні заряду величиною в один кулон з цієї точки в нульову виконується робота в один джоуль. Потенціал може бути позитивним, якщо поле утворено позитивним зарядом, і негативним, якщо поле утворено негативним зарядом.
Напругою (U) називається різниця потенціалів між двома точками електричного поля:
;
де U — напруга, В; j А, j В — потенціали відповідно в точках А і В.
Напруга між двома точками електричного поля дорівнює роботі, яку треба виконати для переміщення позитивного заряду між цими точками:
;
Напруга дорівнює одному вольту, якщо при переміщенні заряду в один кулон з однієї точки в другу виконується робота в один джоуль:
В=Кл/Дж.
За формулою можна знайти роботу, необхідну для переміщення електричних зарядів в електричному полі:
A=UQ.
Як бачимо, робота, виконана по переміщенню електричного заряду, залежить від його величини і напруги між точками і не залежить від шляху переміщення заряду. Напруженістю електричного поля називається фізична величина, що діє на одиничний позитивний заряд, внесений в дану точку поля. Напруженість електричного поля (Е) чисельно дорівнює силі, яка діє на одиничний позитивний заряд:
де Е — напруженість електричного поля; F — електрична сила; Q — електричний заряд. Одиницею напруженості є вольт на метр:
Графічне зображення електричного поля
Для наочного зображення електричного поля умовно застосовують електричні силові лінії.
Електричними силовими лініями називають лінії, які визначають напрям дії сил електричного поля на позитивний заряд. При різнойменних зарядах електричні силові лінії напрямлені від позитивного заряду до негативного. У кожній точці дотичні до силових ліній збігаються з вектором напруженості в цій точці. Чим більше напруженість електричного поля, тим більше густота електричних силових ліній. Електричні силові лінії при однойменних (позитивних) зарядах зображено на рис. () Якщо в точках електричного поля електричні силові лінії мають однакову густоту, тобто однакову напруженість, то воно називається однорідним, а якщо густота електричних силових ліній в різних точках електричного поля не однакова, тобто напруженість не однакова, то воно називається неоднорідним. Наприклад, електричне поле всередині між двома пластинами з різнойменними зарядами є однорiдним, а на кінцях пластин — неоднорiдним.
Електричні силові лінії визначають напрям дії вектора напруженості в даній точці поля.
Електричне поле середовища навколо заряду може бути зображене не тільки електричними силовими лініями, а й поверхнями рівнозначного потенціалу, або еквіпотенціальними поверхнями. Навколо зарядженої кулі точки з однаковими потенціалами знаходяться на сферичній поверхні.
Якщо в даній точці діє електричне поле кількох зарядів, то його напруженість дорівнює геометричній сумі напруженостей електричних полів зарядів. Так, у точці А діє електричне поле заряду Q1 з напруженістю е1 і заряду Q2 з напруженістю E2. Геометрична сума напруженостей в цій точці є напруженість Е.
Між напругою і напруженістю електричного поля існує певний взаємозв'язок. Справді, нехай маємо дві паралельні пластини, які розміщені одна від одної на відстані d і напругу U. Ці пластини утворюють напруженість Е електричного поля. Величина напруги
де А == Fd, тобто робота дорівнює добутку сили, що діє на заряд, на шлях переміщення заряду від однієї пластини до другої. Тоді 
. Оскільки 
, то U = Ed. Звідси ця формула застосовується для розрахунків конденсаторів і придатна тільки для однорідних електричних полів.
.