 |
|
Напряженность электрического поля
Санкт-Петербург
1999 г.
Краткое содержание школьного курса физики –
Электродинамика.
Электростатика
Взаимодействие заряженных тел
Электростатика изучает свойства и взаимодействия неподвижных в инерциальной системе отсчета электрически заряженных тел или частиц.
Самое простое явление, в котором обнаруживается факт существования и взаимодействия электрических зарядов, - это электризация тел при соприкосновении. Возьмем две полоски бумаги и проведем по ним несколько раз пластмассовой ручкой. Если взять ручку и полоску бумаги и начать их сближать, то бумажная полоска начнет изгибаться в сторону ручки, т. е. между ними возникают силы притяжения. Если взять две полоски и начать их сближать, то полоски начнут изгибаться в разные стороны, т. е. между ними возникают силы отталкивания.
Взаимодействие тел, обнаруженное в данном опыте называется электромагнитным. Физическая величина, определяющая электромагнитное взаимодействие, называется электрическим зарядом.
Способность электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется существованием двух видов зарядов: положительного и отрицательного.
Очевидно, что при соприкосновении с пластмассовой ручкой, на двух одинаковых полосках бумаги появляются электрические заряды одного знака. Эти полоски отталкиваются, - следовательно, заряды одного знака отталкиваются. Между зарядами разных знаков действуют силы притяжения.
Закон сохранения электрического заряда
При электризации на обоих телах всегда возникают электрические заряды, равные по модулю и противоположные по знаку. Электрические заряды могут появляться на телах не только в результате электризации, но и при других взаимодействиях, например, под действием света.
В замкнутой системе при любых взаимодействиях тел алгебраическая сумма зарядов всех тел остается постоянной.
Этот экспериментально установленный факт называется законом сохранения электрического заряда. Нигде и никогда в природе не возникает и не исчезает заряд одного знака. Появление каждого положительного заряда всегда сопровождается появлением равного по абсолютному значению отрицательного заряда. Ни положительный, ни отрицательный заряд не могут исчезнуть в отдельности один от другого, они могут лишь взаимно нейтрализовать друг друга, если равны по абсолютному значению.
Закон Кулона
Заряды, распределенные на телах, размеры которых значительно меньше расстояний между ними, можно называть точечными, т. к. в этом случае ни форма, ни размеры тел существенно не влияют на взаимодействия между ними.
Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Силы электростатического взаимодействия зависят от формы и размеров взаимодействующих тел и характера распределения зарядов на них.
Силы взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению абсолютных значений зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:
Если тела находятся в среде с диэлектрической проницаемостью 
, тогда сила взаимодействия будет ослабляться в раз:
Силы взаимодействия двух точечных неподвижных тел направлены вдоль прямой, соединяющей эти тела.
Единицей электрического заряда в международной системе принят кулон. 1 Кл – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А.
Коэффициент пропорциональности в выражении закона кулона в системе СИ равен
Вместо него часто используется коэффициент, называемый электрической постоянной
С использованием электрической постоянной закон кулона имеет вид
Электрическое поле
Взаимодействие электрических зарядов объясняется тем, что вокруг каждого заряда существует электрическое поле. Электрическое поле заряда – это материальный объект, оно непрерывно в пространстве и способно действовать на другие электрические заряды. Электрическое поле неподвижных зарядов называется электростатическим. Электростатическое поле создается только электрическими зарядами, существует в пространстве, окружающем эти заряды и неразрывно с ними связано.
Напряженность электрического поля
Возьмем некоторую точку поля и будем помещать в нее различные заряды. Со стороны поля на них будет действовать сила. Отношение силы, действующей на заряд со стороны поля, к этому заряду, будет постоянным в данной точке поля. Оно:
- не зависит от модуля помещенного заряда,
- зависит от расположения выбранной точки поля.
То есть это отношение характеризует свойства поля в выбранной точке. Оно называется напряженностью электрического поля:
Напряженность электрического поля – это физическая величина, численно равная силе, действующей на единичный заряд, помещенный в данную точку поля.
За направление вектора напряженности принимают направление силы, действующей на точечный положительный заряд.
Линии напряженности электрического поля (силовые линии) – это линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с вектором напряженности. Силовые линии:
- имеют начало и конец;
- начинаются на положительном заряде или в бесконечности
- кончаются на отрицательном заряде или в бесконечности
- нигде не пересекаются
Однородное электрическое поле – это такое поле, во всех точках которого напряженность имеет одно и то же абсолютное значение и направление. Приблизительно однородным является электрическое поле между двумя разноименно заряженными металлическими пластинами. Силовые линии такого поля являются прямыми одинаковой густоты.
Если на заряд действуют одновременно несколько электрических полей, то напряженность поля равна векторной сумме напряженностей всех полей (принцип суперпозиции):
