Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля. Принцип суперпозиции полей

Взаимодействия зарядов передаются с помощью особого материального посредника, называемого электрическим полем. Взаимодействие двух зарядов q ₁ и q ₂ можно объяснить так: в пространстве вокруг заряда q ₁ существует особая форма материи – электрическое поле, которое и действует непосредственно на заряд q ₂. Действие электрического поля на помещенный в него заряд является основным его свойством.

Электрическое поле, созданное неподвижными зарядами, называется электростатическим.

Напряженность электростатического поля

Для обнаружения электростатического поля используют положительный пробный точечный заряд q ₀. Отношение в законе Кулона называется напряженностью поля, оно не зависит от q ₀ и характеризует электростатическое поле в той точке, где пробный заряд находится.

Напряженность поля - векторная характеристика электрического поля. Напряженность поля в некоторой точке определяется отношением силы , действующей со стороны поля на заряд q ₀, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда:

, (3)

т.е., напряженность – есть сила, действующая на единичный точечный заряд. Единица измерения напряженности в системе СИ [].

Векторное уравнение (3) показывает, что если заряд q ₀, помещенный в электрическое поле, положительный, то сила, действующая на него со стороны поля, направлена так же, как и на­пря­жен­ность поля. Если же заряд q ₀ отрицательный, то вектора и антипараллельны.

Из уравнения (3) следует:

. (4)

Таким образом, зная напряженность поля в данной точке, можно определить силу , действующую на заряд q ₀, помещенный в эту точку поля. Поэтому величина получила название силовой характеристики электрического поля.

Напряженность электрического поля точечного заряда

. (5)

Принцип суперпозиции полей

Напряженность поля, создаваемая в какой-либо точке пространства системой зарядов, равна векторной сумме напряженностей, создаваемых в этой точке каждым из зарядов:

(6)

Принцип суперпозиции для напряженностей полей точечных зарядов следует из того опытного факта, что сила электрического поля , действующая на «пробный» заряд q ₀, равна векторной сумме сил , с которыми каждый из зарядов и действует в отсутствии другого на заряд q _0. Отсюда и следует правило векторного сложения напряженностей электрических полей.

,

где и - напряженности полей одного из зарядов в отсутствии другого.

Напряженность поля непрерывно распределенного заряда

. (7)

Характеристики распределенных зарядов

- линейная плотность зарядов;

- поверхностная плотность зарядов;

- объемная плотность зарядов;

Графическое изображение электрических полей. Силовые линии

Силовые линии – это непрерывные линии, касательные к которым в каждой точке, через которую они проходят, совпадают с вектором напряженности электрического поля.

Свойства силовых линий

· силовые линии всегда начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных;

· силовые линии начинаются и заканчиваются либо на зарядах, либо уходят в бесконечность;

· густота силовых линий (число силовых линий, проходящих через единицу площади) пропор­ци­о­нальна напряженности электрического поля;

· силовые линии не пересекаются.

Силовые линии не следует отождествлять с траекториями движения заряженных частиц, т.к. в траектории по касательной направлена скорость, а в силовой линии ­– сила или ускорение.

Примеры электрических полей

Дата добавления: 2014-01-07