Электрическое поле. Напряженность

Закон Кулона. Неподвижные точечные заряды, находящиеся в вакууме, взаимодействуют друг с другом с силой прямо пропорциональной величине этих зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Силы, действующие между точечными зарядами, направлены вдоль прямой, соединяющей эти заряды. Одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются.

Закон Кулона.

Точечным зарядом называют заряженное тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь.

В 1875 году на основании многочисленных опытов Кулон установил закон взаимодействия точечных зарядов.

, (1.2.1)

где q ₁ и q ₂ – величины точечных зарядов, r – расстояние между ними.

Рис. 1.2.1.

Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим, а, если заряды точечные, то кулоновским взаимодействием.

Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона: . Запишем закон Кулона в векторной форме.

, (1.2.2)

где - радиус-вектор, соединяющий заряды q ₁ и q ₂ (рис. 1.2.1).

Единицы заряда. Основной единицей СИ в электродинамике является единица силы тока – ампер (А), определение этой единицы будет дано позже. Единица заряда в СИ – кулон (Кл). 1 Кл – это заряд, который переносится за 1 секунду через поперечное сечение проводника постоянным током в 1 А.

1 Кл = 1 А × 1с.

Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона (1.2.1) в СИ равен

Н×м²/Кл², (1.2.3)

Ф/м – электрическая постоянная.

В СГСЭ k = 1, единица заряда называется электростатическая единица заряда и обозначается ед. СГСЭ_q. 1 ед. СГСЭ_q Кл.

Элементарный заряд Кл. Такой заряд имеет электрон. Масса электрона кг.

По современным представлениям, электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждое заряженное тело создает в окружающем пространстве электрическое поле. Это поле оказывает силовое действие на другие заряженные тела.

Электрическое поле – это форма материи, которая создается электрическими зарядами или заряженными телами, а также воздействует на эти объекты, независимо от того движутся они или неподвижны.

Электростатическое поле неподвижных и не меняющихся со временем зарядов называется электростатическим.

Электрическое поле, окружающее заряженное тело, можно исследовать с помощью так называемого пробного заряда.

Пробный заряд – это точечный заряд, помещаемый в электрическое поле для изучения его свойств, который не изменяет этого поля.

Напряженность электрического поля – это векторная силовая характеристика поля, равная отношению силы F, действующей со стороны электрического поля на положительный пробный заряд, помещенный в рассматриваемую точку поля, к величине q этого заряда.

. (1.3.1)

Электрическое поле называется однородным, если во всех его точках значения вектора напряженности E одинаковы, т.е. совпадают как по модулю, так и по направлению.

Сила F, действующая со стороны электрического поля на помещенный в него произвольный (не пробный) точечный электрический заряд q, равна

. (1.3.2)

В отличие от соотношения (1.3.1), здесь E – напряженность в месте нахождения заряда q для поля, искаженного этим зарядом, т.е., в общем случае, отличного от того поля, которое было до внесения в него заряда q.

Если с помощью пробного заряда исследуется электрическое поле, создаваемое несколькими заряженными телами, то результирующая сила оказывается равной геометрической сумме сил, действующих на пробный заряд со стороны каждого заряженного тела в отдельности:

. (1.3.3)

Отсюда следует принцип суперпозиции полей.

Напряженность электрического поля, создаваемого системой зарядов в данной точке пространства, равна векторной сумме напряженностей электрических полей, создаваемых в той же точке каждым из этих зарядов в отдельности.

. (1.3.4)

Напряженность поля точечного заряда. В соответствии с законом Кулона, напряженность электростатического поля, создаваемого точечным зарядом Q на расстоянии r от него, равна по модулю

. (1.3.5)

В векторном виде эта формула имеет вид:

, (1.3.6)

где r - радиус-вектор, соединяющий заряд Q с исследуемой точкой поля (рис. 1.3.1). Поле точечного заряда называется кулоновским.

Рис. 1.3.1.

Дата добавления: 2014-01-20