21. Электрическое поле. Пробный заряд. Напряженность электрического поля.

Взаимодействие между зарядами осуществляется через электрическое поле. Всякий заряд изменяет свойства окружающего его пространства – создает в нем электрическое поле.

Это поле проявляет себя в том, что помещенный в какую-либо его точку электрический заряд оказывается под действием силы. Следовательно, для того чтобы выяснить, имеется ли в данном месте электрическое поле, нужно поместить туда заряженное тело (т.н. пробный заряд) и установить, испытывает ли оно действие электрической силы. По величине силы, действующей на пробный заряд, можно судить о величине поля.

Чтобы сила, действующая на пробный заряд, характеризовала поле «в данной точке», пробный заряд должен быть точечным. В противном случае сила, действующая на заряд, будет характеризовать свойства поля, усредненные по объему, занимаемому телом.                                                             

  Сила, действующая на пробный заряд, зависит не только от величин, определяющих поле (от q и r), но и от величины пробного заряда q_пp.

Однако, отношение f / q_пp для всех пробных зарядов будет одно и то же и зависит лишь от величин q и r, определяющих поле в данной точке. Это отношение однозначно характеризует электрическое поле:

E = f / q_пp

Векторную величину E называют напряженностью электрического поля в в той точке, в которой пробный заряд испытывает действие силы f. Таким образом, напряженность электрического поля численно равна силе, действующей на единичный точечный заряд, находящийся в данной точке поля. Вектора Е и f параллельны при условии положительного заряда q_пp.

Это определение распространяется и на случай поля, создаваемого любой совокупностью неподвижных зарядов. Изменение взаимного расположения зарядов – источников поля под воздействием пробного заряда может произойти когда они расположены на проводнике и могут свободно перемещаться в его пределах.

Таким образом, напряженность поля точечного заряда пропорциональна величине заряда q и обратно пропорциональна квадрату расстояния r от заряда до данной точки поля.

Единица напряженности электрического поля – напряженность в такой точке, в которой на заряд, равный 1 Кл действует сила, величина которой 1Н. Эта единица напряженности электрического поля называется вольт на метр и обозначается в/м.

Сила, действующая на пробный заряд, равна 

f  = q_пp ⋅ E

Очевидно, что на всякий точечный заряд Q в точке поля с напряженностью Е будет действовать сила

F = Q E

Если заряд Q положителен, направление силы совпадает с направлением вектора Е. В случае отрицательного Q направления векторов F и Е противоположны.

21. Потенциал электростатического поля. Потенциал поля точечного заряда.

Потенциал поля системы зарядов.

Тело в потенциальном поле сил обладает потенциальной энергией, за счет которой совершается работа силами поля. Поэтому, работу можно представить как разность потенциальной энергии, которой обладает заряд q’ в точках 1 и 2 поля заряда q.

Тогда потенциальная энергия заряда q’ в поле заряда q:

Потенциал – физическая величина, определяемая работой по перемещению единичного положительного заряда при перемещении его из данной точки в бесконечность.

1 вольт – это потенциал такой точки поля, в которой заряд в 1 Кл обладает потенциальной энергией 1 Дж.

Потенциал - энергетическая характеристика электрического поля. Потенциал поля точечного заряда в точке, находящейся на расстоянии r от заряда, имеет вид:

(CИ)

В гауссовой: φ = q / r

Потенциал поля, создаваемого системой зарядов, равен сумме потенциалов, создаваемых каждым из зарядов в отдельности.