![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля
При исследовании взаимодействия электрических зарядов, естественно возникают вопросы: почему появляются силы, действующие на заряды, как они передаются от одного заряда к другому, возникают ли силы только при наличии двух зарядов, происходят ли какие-либо изменения в окружающем пространстве при наличии только одного заряда? В процессе развития физики существовали два противоположных подхода к ответу на поставленные вопросы. При одном из них предполагалось, что телам присуще свойство действовать на другие тела на расстоянии, без участия промежуточных тел и среды, т.е. предполагалось, что силы могут передаваться от одного тела к другому через пустоту и притом мгновенно (теории дальнодействия). С этой точки зрения при наличии только одного заряда никаких изменений в окружающем пространстве не происходит. Согласно второму взгляду силовые взаимодействия между разобщенными телами могут передаваться только при наличии какой-либо среды, окружающей эти тела, последовательно от одной части этой среды к другой, и с конечной скоростью (теории близкодействия); даже при наличии только одного заряда в окружающем пространстве происходят определенные изменения. Современная физика подтверждает теорию близкодействия и отвергает теорию дальнодействия. Таким образом, для понимания происхождения и передачи сил, действующих между покоящимися зарядами, необходимо допустить наличие между зарядами какого-то физического агента, осуществляющего это взаимодействие. Этим агентом и является электрическое поле. Когда в каком-либо месте появляется электрический заряд, то вокруг него возникает электрическое поле. Основное свойство электрического поля заключается в том, что на всякий другой заряд, помещенный в это поле, действует сила. Рассматривая взаимодействие покоящихся зарядов, мы приходим к понятию электрического поля. Подобным же образом, рассматривая магнитное взаимодействие движущихся зарядов (токов) или постоянных магнитов, мы приходим к понятию магнитного поля. В следующем разделе мы увидим, что электрические и магнитные поля могут превращаться друг в друга и что каждое из них есть частный случай электромагнитного поля. Мы будем рассматривать электрические поля, которые создаются неподвижными электрическими зарядами и называются электростатическими. В дальнейших рассуждениях для упрощения терминологии электростатическое поле будем называть электрическим, если это несущественно при пояснении приведенных явлений. Для количественной характеристики электрического поля служит специальная физическая величина – напряженность электрического поля (напряженность электростатического поля). Для обнаружения и опытного исследования электрического поля используется пробный заряд - точечный очень малый по величине положительный заряд, не искажающий исследуемое поле (не вызывающий перераспределения зарядов, создающих поле). Если в поле, создаваемое зарядом q, поместить пробный заряд q пр, то на последний действует сила Итак, напряженность электростатического поля в данной точке есть физическая величина, определяемая силой, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в эту точку поля:
Пользуясь законом Кулона в векторной форме, мы можем написать выражение для напряженности электрического поля точечного заряда в вакууме форме:
где R – расстояние от заряда до рассматриваемой точки поля, а В скалярной форме выражение (3.2) имеет вид:
Е=
Из выражения (3.3) видно, что напряженность поля точечного заряда убывает обратно пропорционально квадрату расстоянию от заряда. Из (3.1) следует, что если известна напряженность поля в какой-либо точке, то тем самым определена и сила, действующая на электрический заряд, помещенный в эту точку. А именно:
Из формулы (3.1) следует, что единица напряженности электростатического поля - ньютон на кулон (Н/Кл). 1 Н/Кл - напряженность такого поля, которое на точечный заряд 1 Кл действует с силой в 1 Н; 1 Н/Кл = 1 В/м, где В (вольт) - единица потенциала электростатического поля (см. § 1.4). Для описания электрического поля нужно задать вектор напряженности
Линии По картине распределения силовых линий можно судить о конфигурации данного электрического поля, т.е. о направлении и модуле вектора Отметим в заключение, что силовые линии перпендикулярны к поверхности металлических проводников. Это и понятно. Если бы напряженность поля была не перпендикулярна к поверхности проводника, то существовала составляющая поля, направленная вдоль поверхности. Под действием этой составляющей электроны проводимости пришли бы в движение вдоль этой поверхности, и мы не имели бы равновесия электрических зарядов. Опыт показывает, что напряженность поля системы точечных неподвижных зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, которые создавал бы каждый из зарядов в отдельности:
Формула (3.5) выражает принцип суперпозиции(наложения) электрических полей. Принцип суперпозиции позволяет рассчитать электростатические поля любой системы неподвижных зарядов, поскольку если заряды не точечные, то их можно всегда свести к совокупности точечных зарядов. Введем понятие потока вектора напряженности электрического поля. Рассмотрим в однородном электрическом поле элементарную плоскую поверхность dS и выберем определенное направление нормали Величину
dФ=Еn× dS=E× dS× cosa=
называют потоком вектора напряженности через площадку dS. Здесь через Еn обозначена проекция вектора Единица потока вектора напряженности электростатического поля - 1 В× м.
Ф=
Поток вектора
|