1.3. Дальнодействие и близкодействие
Концепция электрического поля как самостоятельной физической реальности неразрывно связана с решением проблемы о взаимодействии материальных объектов, выступающей в виде теории дальнодействия и близкодействия.
Первоначально предполагалось, что электрические силы, как и силы всемирного тяготения, представляют собой «действия на расстоянии без какой-либо промежуточной среды (концепция дальнодействия)».
Введение понятия «электрическое поле» позволяет представить взаимодействие заряженных частиц в виде схемы:
Частица – поле – частица,
т.е. одна частица создает в окружающем пространстве электрическое поле, которое действует на другую заряженную частицу.
С введением понятия поля место мгновенного дальнодействия заняло передающееся с конечной скоростью действие от точки к ближайшей точке в непосредственно следующие друг за другом моменты времени (концепция близкодействия).
Однако в электростатике обе концепции равноправны в смысле физических выводов, но равноправие исчезает при переходе к электродинамике. Объясняется это тем, что в электростатике электрическое поле неотделимо от заряда. Если ликвидировать заряд, то с точки зрения теории дальнодействия мгновенно исчезает во всем пространстве привязанное к этому заряду электростатическое поле. Электромагнитное поле может отрываться от заряда, существовать самостоятельно и распространяться в пространстве.
Таким образом, решение проблемы взаимодействия заряженных материальных объектов представляется как противоречивое единство двух противоположных концепций: дально- и близкодействия.
1.4. Напряженность электрического поля
Напряженностью электрического поля в данной точке называется вектор, численно равный силе, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля:
За единицу напряженности принимается напряженность в такой точке поля, в которой на единичный заряд действует единичная сила:
В случае точечного заряда
\
|
|
Найдем
направление напряженности в точке A
поля, создаваемого точечным зарядом
q.
Направление
|
совпадает по направлению с силой,
действующей на положительный зарядq0.
Эта сила направлена по линии, соединяющей
заряды.
1.5. Принцип суперпозиции
а) Дискретное распределение зарядов
Пусть поле создано
системой точечных зарядов q1,
q2,
..., qn.
Воспользуемся законом
независимости действия сил:
результирующая
сила, действующая на заряд q0,
помещенный в точку A,
будет равна геометрической сумме сил
,
действующих на него со стороны каждого
из зарядовqi:
Разделим на q0:
или
Последнее выражение – принцип суперпозиции электрических полей:
Если поле создано несколькими зарядами, то результирующая напряженность поля есть векторная сумма напряженностей полей, созданных каждым зарядом в отдельности.
|
|
|
|
б) Непрерывное распределение зарядов
На практике электрические поля, как правило, создаются заряженными телами. В этом случае принцип суперпозиции имеет вид:
где
V
– объем заряженного тела.