Электрическое поле.

Воздействие, при котором тела могут действовать друг на друга при отсутствии материи между ними, называются дальнодействием. Когда тела действуют друг на друга с помощью материи, находящейся между ними, их взаимодействие называется близкодействием. Следовательно, при близкодействии тело непосредственно воздействует на материальную среду, а эта среда уже воздействует на другое тело.

Поле, передающее воздействие одного электрического заряда на другой в соответствии с законом Кулона, называется электрическим или электростатическим полем.

Электрическое поле возникает вокруг неподвижных зарядов и действует на неподвижные заряды.

Электрическое поле можно обнаружить с помощью пробного заряда qпр:

1) величина qпр должна быть очень малой по сравнению с зарядами, создющими поле;

2) qпр – всегда положительный заряд.

При движении заряда вместе с ним перемещается и его поле.

Напряженность электрического поля.

Силы, действующие на один и тот же пробный заряд в различных точках электрического поля, отличаются величиной и направлением.

F = E*qпр

E – напряженность электрического поля.

Силовая характеристика точки электрического поля называетсянапряженностью электрического поля.

Напряженность электрического поля измеряется силой, с которой поле действет на единичный оложительный заряд, внесенный в заданную точку поля.

E = F/qпр

[E] = Н/Кл

F = (q*qпр)/(4**ε0*r^2)

E = q/(4**ε0*r^2)

(E) – направление вдоль прямой, соединяющей точку поля с точечным зарядом, создающим поле к совпадающей с направлением силы, действующей на положительным пробный заряд.

Если поле создается сразу несколькими зарядами, то напряженность находится как геометрическая сумма напряженностей, созданных в этой точке каждым зарядом в отдельности.

Электрическое поле изображается с помощью линий напряженности.

Линией напряженности называется такая линия, в каждой точке которой вектор напряженности поля направлен по касательной.

Свойства линий напряженности:

1) Линии напряженности нигде не пересекаются друг с другом.

2) Линии напряженности имеют начало на положительном заряде и конец на отрицательном, то есть являются незамкнутыми линиями.

3) Линии напряженности между зарядами нигде не пересекаются.

РИСУНОК

Работа электрического поля при перемещении заряда.

РИСУНОК

A = F*BC*cosa = q*E*BC*cosa

BC*cosa = BD =>

A = q*E*BD

ABDC = ABD + ADC = q*E*BD + q*E*DC*cosa (=0) =>

ABDC = q*E*BD

Силы поля совершают работу только при перемещении заряда вдоль линии напряженности поля.

В однородном электрическом поле работа не зависит от формы пути.

Работа сил электрического поля по замкнутому контуру всегда равна 0.

Поле, в котором работа не зависит от формы пути называется потенциальным.

ABC = ПB – ПC

Условились потенции(альную энергию заряда, находящегося в точке, бесконечно удаленной от заряженного тела, создающего поле, считать за нуль:

Пбесконечности = 0 =>

Пbбесконечности = Пb – Пбесконечности = Пb

Потенциал

ПB = «Фи»B*q

Энергетическая характеристика электрического поля в данной точке называется потенциалом поля в данной точке.

Потенциал измеряется потенциальной энергией единичного положения заряда, находящегося в заданной точке поля.

«Фи»B = ПB/q

Потенциал точки электрического поля численно равен работе, совершаемой силами поля при перемещении единичного положительного заряда из этой точки в бесконечность.

«Фи» = q/(4**ε0*r)

А12 = П1 – П2 = «Фи»1*qпр – «Фи»2*qпр = qпр*(«Фи»1 – «Фи»2)

△«Фи» = «Фи»1 – «Фи»2 = U – разность потенциалов или напряжение U

A = q*U => работа прямо пропорциональна напряжению между точками.

U = A/q

[U] = Дж/Кл = В

Связь между напряженностью и разностью потенциалов.

РИСУНОК

U = «Фи»1 – «Фи»2

1) A = qпр*U

2) A = F*d = qпр*E* d

qпр* U = qпр*E* d =>

U = E* d =>

E = U/d = («Фи»1 – «Фи»2)/d

Напряженность однородного поля численно равна разности потенциалов на ее длины линии напряженности.

[E] = В/м

Проводник в электрическом поле.

РИСУНОК

Характерной особенностью проводников является то, что у них всегда имеется большое количество свободных электронов.

Внутри проводника эти электроны движутся хаотически. Если в проводнике есть электрическое поле, то на их хаотическое движение накладывается их упорядоченное движение в сторону действия электрических сил.

Пусть металлический проводник, состоящий из двух плотно прижатых друг к другу частей помещен во внешнее электрическое поле E.

На свободные электроны в этом проводнике действют силы поля F1, направленные противоположно вектору E. В результате смещения электронов под действием этих сил на правом конце поводника возникает избыток положительных зарядов, а на левом – избыток электронов. Поэтому между концами проводника возникает внутреннее поле.

Внутри проводника это поле направлено навстречу внешнему и на каждый оставшийся внутри проводника электрон действует с силой F2, направленной вправо.

Сначала F1 > F2 и их равнодействующая направлена влево . Поэтому электроны внутри проводника продолжают смещаться влево, а внутреннее поле постепенно усиливается. Когда на левом конце проводника скопится достаточно много свободных электронов, сила F1 = F2 и их равнодействующая будет равна нулю. После этого оставшиеся внутри проводника свободные электроны будут двигаться уже только хаотически. Следовательно, оле внути проводника исчезло.

Если проводник удалить из поля, то его положительные и отрицательные заряды вновь равномерно распределятся по всему объему проводника и все его части станут электрически нейтральными.