Электростатическое поле

1. Закон кулона

Одним из видов материи является электрическое поле.

Электрическое поле действует на заряженное тело, помещенное в это поле. Направление сил действия поля изображается силовыми линиями. Для уединенных зарядов линии поля являются радиальными силовыми линиями ( рис.1а,б)

Рис.1

Если заряженное тело находится вблизи другого заряженного тела, то электрическое поле одного заряженного тела будет взаимодействовать с электрическим полем другого заряда. Сила взаимодействия двух полей определяется законом Кулона

, (1 - 1)

где F– сила действия поля на заряд, внесенный в данное поле, т.е. сила взаимодействия двух полей (в ньютонах) ,Q– величина заряда, создающего поле (в кулонах),q– величина заряда, внесенного в электрическое поле (в кулонах),R– расстояние между центрами тел, несущих заряды ( в метрах), ε_c -электрическая проницаемость среды,_, в которой взаимодействуют заряды

Рис.2 Рис.3

Силы заимодействия полей двух зарядов направлены так, что разноименные заряды (положительный и отрицательный) притягиваются, а одноименные заряды (положительные или отрицательные) отталкиваются (рис.2а,б).

Закон Кулона справедлив для точечных зарядов.

2. Напряженность электрического поля

Е- векторная величина, характеризующая электрическое поле и численно равная силе, действующей на единицу положительного заряда, помещенного в данную точку поля, т.е.

(1-2)

где – сила, с которой поле действует на заряд в данной точке ,q– величина заряда , внесенного в данную точку поля.

Измеряется величина напряженности [ ] = В/м.

Для точечного заряда

(1-3)

Если электрическое поле создается не одним, а несколькими зарядами, то имеет место принцип суперпозиции (наложения) полей.

рис. 4 Рис. 5

Результирующий вектор напряженности электрического поля, созданного зарядами Q₁ иQ₂находят как векторную сумму (рис.4)

. (1-4)

Электрическое поле называют однородным, если во всех его точках напряженность поля одинакова по величине и направлению, т.е. силовые линии такого поля параллельны друг другу. Однородное поле возникает между двумя плоскими параллельными пластинами, заряженными разноименно (рис.5).

3. Диэлектрическая проницаемость

Диэлектрическая проницаемостьсредыε_c есть величина, характеризующая влияние среды на силы взаимодействия электрических полей. Различные среды имеют различные значения ε_c.

Абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума называется электрической постоянной ε₀=8,85 10^-12ф/м.

Отношение абсолютной диэлектрической проницаемости среды к электрической постоянной называют относительной диэлектрической проницаемостью

, (1-5)

т.е. относительная диэлектрическая проницаемость ε - это величина показывающая , во сколько раз абсолютная диэлектрическая проницаемость среды больше электрической постоянной. Величина ε размерности не имеет.

Таблица 1

Относительная диэлектрическая проницаемость изоляционных материалов

Как видно из таблицы у большинства диэлектриков ε = 1-10 и мало зависит от электрических условий и температуры среды.

Существует группа диэлектриков, называемых сегнетоэлектриками, в которыхε может достигать значений до 10 000, причемε сильно зависит от внешнего поля и температуры. К сегнетоэлектрикам относятся титанат бария, титанат свинца, сегнетова соль и др.