2). Установим связь между потенциалом и напряженностью электроста­тического поля в каждой точке поля.

Рассмотрим в однородном электрическом поле две точки 1 и 2 (рис.13) и предполо­жим, что заряд (+1) переходит из 1 в 2 вдоль прямолинейного отрезка Dl. Работу электрических сил DА при перемещении можно выразить, во-первых, через напряжённость поля: DА = Е_l Dl.

С другой стороны - через разность потенциалов DU₁₂.

DА=DU₁₂

` Е

Е_l

2

D`l

1

Рис. 13.

Введем теперь приращение потенциала при перемещении `Dl, т.е. раз­ность потенциалов DU₂₁ точки 2 (конец пути) и точки 1 (начало пути), и будем обозначать его просто DU. Тогда

DU =DU₂₁ = -DU₁₂

Приравнивая оба выражения для работы, получим дня напряжённости электрического поля выражение:

Е_l = -DU/Dl.

В общем случае неоднородного поля обе точки 1 и 2 нужно выбирать до­статочно близко друг от друга, строго говоря, бесконечно близко, чтобы можно было считать E на Dl постоянной. В пределе при Dl®0,

Е_l = -dU/dl. т.е.

проекция вектора напряжённости электрического поля на данное направление равна быстроте изменения потенциала в этом направлении, взятой с обратным знаком.

Или используя понятие градиента скалярной величины grad U:

`= - grad U,

т.е. напряженность в какой-либо точке электростатического поля равна градиенту потенциала в этой точке, взятому с обратным знаком.

В общем случае потенциал U - функция всех трёх декартовых координат рассматриваемой точки поля, причём

grad U = (U/X)+ (U/Y)+ (U/Z).

Поэтому проекции вектора на оси координат связаны с потенциаломполя т.o.:

E_x = - U/X;E_Y = - U/Y;E_Z = - U/Z;

Если заряд перемещается в направлении dl, перпендикулярном силовой линии, т.е. перпендикулярно `, то соs (Е,dl) = 0, Е_l = 0 и dU/dl = 0 или U=const.

Следовательно, во всех точках кривой, ортогональной к силовым линиям, потенциал одинаков.

Геометрическое место точек с одинаковым потенциалом называется эквипотен­циальной поверхностью.

Т.к. потенциал постоянен лишь вдоль кривых, ортогональных к сило­вым линиям поля, то и эквипотенциальные поверхности должны быть везде ортогональны к силовым линиям. Очевидно, что работа, совершаемая при перемещении электрического заряда по одной и той же эквипотенциальной поверх­ности , равна нулю.

Электрическое поле можно изобразить графически не только при помощи силовых линий, но и при помощи эквипотенциальных поверхностей. Вокруг каж­дой системы зарядов можно провести бесконечное множество эквипотен­циальных поверхностей. Обычно их проводят т.о., чтобы разности потен­циалов между любыми двумя соседними эквипотенциальными поверхно­стями были одинаковыми.

Зная расположение силовых линий электрического поля, можно построить эквипо­тенциальные поверхности и, наоборот, по известному расположению эквипотенциальных поверхностей можно в каждой точке поля определить абсолютное значение и направление вектора напряжённости электростатического по­ли.

Изобразить плоские сечения простейших электрических полей: а)положительного точечного заряда, б)диполя, в)двух точечных зарядов одного знака.

Густота эквипотенциальных линий пропорциональна напряжённости поля: там, где больше Е, там и эквипотенциальные линии расположены теснее друг к другу.