3. Электростатическое поле

В зависимости от условий наблюдения электромагнитное поле проявляется в целом или как одна из двух его сторон: электрическое поле или магнитное поле. Электрическое поле — одна из двух сторон эле­ктромагнитного поля, характеризующаяся воздействи­ем на электрически заряженную частицу с силой, про­порциональной заряду частицы и не зависящей от ее скорости.

Электростатическое поле всегда связано с наэлектризованным телом, электрическими зарядами. Характерным признаком электростатического поля является его действие с определённой механической силой как на неподвижные, так и на движущиеся в этом поле электрические заряды.

Рис. 1.3. Изображение электрического поля

Электрическое поле приводит в движение неподвижные заряды, находящиеся в проводнике. Электрически заряженное тело неразрывно связано с окружающим его электрическим полем, через которое и осуществляется взаимодействие электрически заря­женных тел. Для наглядного изображения электрического поля пользуются силовыми линиями (рис.1.3)

Электрическое поле характеризуется в каждой точке напряжённостью и потенциалом.

4. Напряжённость электрического поля

Напряженность электрического поля - это силовая характеристика электрического поля. С ее помощью можно оценить интенсивность электрического поля и определить силу, действующую со стороны поля на заряженную частицу.

Напряженность электрического поля – векторная величина, характеризующая электрическое поле и определяющая силу, с которой поле действует на заряженную частицу (тело) со стороны электрического поля. Она равна отношению силы, действующей на частицу (тело), к ее заряду:

Е = Fэ/Q (вольт/метр).

Сила взаимодействия двух зарядов: .

Для того, чтобы сила Fэ зависела только от одного заряда Q₁, то Q₂ будем считать равным единице. Тогда = Е

Напряжённость сложного электрического поля – поля нескольких электрических зарядов, равна геометрической сумме напряжённостей отдельных электрических полей, полей, связанных с каждым отдельным зарядом.

Для наглядного изображения электрического поля пользуются силовыми линиями (рис.1.4). Линии электрического поля – это линии, касательные к каждой точке которых совпадают с векторами напряженности электрического поля.

Рис. 1.4. Пример изображения электрического поля: одиночного точечного

(а; б), двух точечных (в; г) с одинаковыми по величине зарядами

Электрическое поле называется однородным (равномерным), если напряженность его во всех точках одинакова по величине и направлению.

Такое поле получается между двумя параллельными пластинами, размеры которых велики по сравнению с расстоянием между ними (рис.1.5).

5. Потенциал точки поля

Потенциал точки поля является энергетической характеристикой точки поля. Как известно, мерой энергии, в том числе и потенциальной, является работа. Таким образом, по величине работы, совершаемой полем, мы можем судить об энергии поля.

Работа поля сводится к перемещению электрического заряда силами поля и равняется произведению силы на путь. Но сила зависит от величины перемещаемого заряда.

Значит, что бы характеризовать электрические свойства поля в данной точке, необходимо знать работу, совершаемую полем при перемещении единичного заряда, т.е. заряда, равного одному кулону.

Потенциал точки поля численно равен работе, затраченной полем на перемещение единичного заряда из данной точки в бесконечность (или наоборот). Если обозначить Wа работу на перемещение заряда Q из точки а в бесконечность, то потенциал точки (в вольтах):

Потенциал любой точки электрического поля заряда Q, находящейся от центра заряда на расстоянии R, определяется по формуле:

Электрическое поле считается положительным, если оно связано с положительным зарядом. Потенциалы всех точек этого поля положительные. Нулевым потенциалом обладает точка, где нет энергии (т.е. поля), т.е. точка в бесконечности.

Эквипотенциальной поверхностью называется геометрическое место точек с одинаковым потенциалом (рис.1.6). В электрическом поле любой конфигурации линии электрического поля и эквипотенциальные поверхности пересекаются под прямым углом.

Потенциал сложного электрического поля равен алгебраической сумме потенциалов отдельных полей.