Электрическое поле

Заряженные тела, находящиеся на расстоянии друг от друга, взаимодействуют между собой с определённой силой. Закон Кулона позволяет определить величину этой силы, но он не объясняет, как это взаимодействие передаётся на расстоянии от одного тела к другому.

В своё время при попытке ответить на этот вопрос возникло две теории: близкодействия и дальнодействия. По теории близкодействия следовало, что действие одного заряда на другой происходит через окружающую заряды промежуточную среду, в которой действие передается от точки к точке с конечной скоростью.

Сторонники теории дальнодействия полагали, что действие передаётся мгновенно на сколь угодно большие расстояния без какой- либо промежуточной среды. Английские ученые, сначала Фарадей, а потом Максвелл, убедительно доказали справедливость теории близкодействия Согласно представлениям этих учёных вокруг всякого электрического заряда возникает особая материальная среда ─ электрическое поле, посредством которого происходит действие одного заряда на другой, то есть поле одного заряда действует на другой заряд и наоборот.

Электрическое поле, так же как и вещество, представляет собой объективную реальность (то есть существует независимо от нас и наших знаний о нём) и является одним из видов материи и одной из частей электромагнитного поля.

Электрическое поле неподвижных зарядов называется электростатическим, оно существует в пространстве вокруг зарядов и неразрывно с ними связано (в отличие от переменного электрического поля, которое не связано с зарядами и существует само по себе).

Человек не может непосредственно воспринимать электрическое поле с помощью своих органов чувств. О существовании электрического поля мы можем судить по его действиям.

Главным свойством электрического поля является его способность действовать на электрические заряды, находящиеся в нём с некоторой силой.

Электрическое поле исследуется с помощью пробного электрического заряда это такой малый положительный заряд, который своим собственным полем не искажает исследуемое поле. По силовому действию на пробный электрический заряд устанавливают наличие поля в пространстве, его распределение в пространстве, а также изучают характеристики поля.

Напряжённость электрического поля

Введём физическую величину, которая количественно отражала бы силовое свойство электрического поля. Для этого воспользуемся полем точечного заряда Q и попытаемся исследовать это поле с помощью пробного заряда q.

Выберем в исследуемом поле произвольную точку А и будем поочередно помещать в неё пробный заряд q каждый раз меняя его величину. Со стороны поля на пробный заряд каждый раз будет действовать сила, которая согласно закону Кулона

будет пропорциональна величине пробного заряда помещённого в эту точку. Отсюда следует, что для данной точки данного поля (т.е. когда r и Q постоянны) отношение силы, действующей со стороны поля на помещённый в данную точку поля заряд, к этому заряду есть величина постоянная

т. к const, Q = const, r = const,

не зависящая от величины помещённого в данную точку заряда q, а зависящая только от величин, относящихся к полю (Q и r), иначе говоря, зависящая только от самого поля. Это утверждение справедливо не только для поля точечного заряда, но и для любого другого электрического поля. Следовательно, это отношение может служить характеристикой электрического поля в данной точке. Величину, равную этому отношению, называют напряжённостью электрического поля и обозначают буквой ;

. (1)

Напряжённость электрического поля в данной точке есть векторная величина, равная отношению силы, действующей со стороны поля на пробный заряд, помещённый в эту точку, к величине этого заряда.

В каждой точке поля напряженность имеет своё определённое значение, следовательно, напряженность характеризует не поле в целом, а отдельные его точки. Напряжённость – это силовая характеристика электрического поля в данной точке, так как она численно равна силе, с которой поле действует на единичный электрический заряд (1 Кл), помещённый в данную точку.

Зная напряжённость поля в данной точке, можно всегда определить силу, действующую на любой заряд q, находящийся в этой точке по формуле

(2) , которая следует из формулы (1).

Из формулы (1) можно сделать вывод, что направление вектора напряжённости в данной точке поля всегда совпадает с направлением вектора силы, действующей на положительный заряд, помещённый в эту точку.

Если поле создаётся положительным зарядом, то вектор напряженности направлен от заряда создающего поле во внешнее пространство.
Если поле создаётся отрицательным зарядом, то вектор напряжённости направлен к заряду.

Напряжённость в системе СИ измеряется либо в ньютонах на кулон , что следует из формулы (1),

либо в вольт на метр , что вытекает из формулы .

Модуль напряжённости поля точечного заряда

рассчитывается следующим образом:

где Q – заряд, создающий поле; r – расстояние от заряда Q до точки, в которой определяется модуль напряжённости.