Сила, с которой электрическое поле действует на внесенное в него заряженное тело или частицу, называется электрической силой

Нарис. 3.9 показано, как электричес­кое поле положительно заряженного шара действует на другие небольшие положите­льно заряженные шарики на различных расстояниях. Из такого опыта видно, что чем меньше расстояние между взаимодей­ствующими телами, тем больше сила их взаимодействия.

Рис.3.9

Исследования известного французского ученого Кулона показали, что при увели­чении расстояния между заряженными те­лами в 2 раза сила их взаимодействия уменьшается в 4 раза. Если же расстояние между заряженными телами увеличить в 3 раза, то сила их взаимодействия уменьша­ется в 9 раз и так далее. Кулон сделал вывод, что сила взаимодействия заряженных тел или частиц F обратно пропорциональна квадра­ту расстояния между ними:

,

где r – расстояние между заряженными те­лами, размерами которых можно прене­бречь, настолько они малы по сравнению с этим расстоянием.

Кулон также доказал, что сила взаимодействия заряженных тел прямо пропорциональна значениям их зарядов:

,

где q ₁– заряд одного тела, а q ₂–другого.

Закон Кулона записывается следующим образом:

(3.1)

где F – сила взаимодействия между точечными зарядами, Н;

q₁, q₂ – точечные заряды, Кл;

r – расстояние между точечными зарядами, м;

e₀ – электрическая постоянная, Ф/м;

e – относительная диэлектрическая проницаемость среды, в которой на­ходятся заряды.

Электрическая постоянная e₀ = 8,85 × 10^–12 Ф/м.

Рис.3.10

q_ПР

+ q

F

Электрическое поле заряженного тела действует на электрические заряды, помещённые в любую его точку, с определенной силой. Введём понятие проб­ного заряда, под которым будем понимать положительный заряд малой вели­чины q_ПР. Поместим его в поле положительного заряда q (рис.3.10). На пробный за­ряд будет действовать сила F.

Для силовой характеристики электрического поля введено понятие напря­жённости электрического поля в данной точке, под которой понимается физиче­ская величина, численно равная отношению силы, с которой поле действует на пробный заряд, помещённый в данную точку поля, к значению этого заряда, то есть

(3.2)

где Е – напряжённость, В/м;

F – сила, Н;

q_ПР – пробный заряд, Кл.

Пробный заряд, помещённый в данную точку поля, обладает потенциальной энергией (по аналогии с материальным телом, поднятым над землёй, на которое действует сила тяжести). Для энергетической характеристики электрического поля введено понятие потенциала электрического поля в данной его точке, под которым понимается физическая величина, численно равная отношению потенциальной энергии, ко­торой обладает пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к значению этого заряда, то есть

(3.3)

где j – потенциал, В;

П – потенциальная энергия, Дж;

q_ПР – пробный заряд, Кл.

Рис.3.11

Силовая линия

Эквипотенциальная линия

+

Электрическое поле заряда можно изобразить графически с помощью сило­вых и эквипотенциальных линий. Силовая линия электрического поля – это траектория движения свободного пробного заряда в этом поле. Эквипотенциальная линия – это линия, соединяющая точки электрического поля с одинаковыми потенциалами. Представим на плоскости электрическое поле положительного точечного заряда (рис.3.11).

Для энергетической характеристики электрического поля введено также по­нятие напряжения электрического поля, под которым понимается разность по­тенциалов, то есть

U12 = j1 – j2,

(3.4)

где j₁, j₂ – потенциалы точек 1 и 2 электрического поля, В;

U₁₂ – напряжение между точками электрического поля, В.

Рис.3.12

+ q

1

U₁₂

2

Графически напряжение электрического поля изображается стрелкой, направленной от большего потенциала к меньшему потенциалу (рис.3.12).

Дата добавления: 2014-10-15