Электрическое поле и его характеристики

Взаимодействие заряженных тел осуществляется посредством особого вида материи - электрического поля, возникающего вокруг них и имеющего все атрибуты материи (массу, энергию, скорость, импульс). Обнаружить это поле можно только по наличию силы, действующей на внесённое в него заряженное тело.

В данной точке пространства электростатическое поле (порождаемое неподвижными заряженными телами) характеризуется двумя величинами: силовой - напряжённостью ( ) и энергетической - потенциалом ( ).

Напряжённостью электрического поля называют векторную величину , равную отношению силы , действующей на другой (пробный) положительный заряд q в данной точке поля, к величине этого заряда:

(В/м).

Потенциалом электрического поляв данной точке называют величину , равную отношению работы , совершаемой полем (или сторонней силой против поля) при перемещении им пробного заряда из данной точки на бесконечность:

Þ 1 Вольт.

Поскольку эл. поле простирается в бесконечность, то чаще используют понятие разности потенциалов двух точек поля С и В, как величины, равной отношению работы поля по перемещению положительного заряда qиз точки в точку к величине этого заряда: . Наглядный пример - "шаговое" напряжение между двумя точками поверхности грунта вблизи точки касания его оборванным проводом линии электропередачи.

Между характеристиками эл. поля есть взаимосвязь: , т.е. напряжённость пропорциональна величине градиента потенциала. Знак (-) указывает на уменьшение в направлении уменьшения потенциала .

Для обеих характеристик электрического поля выполняется принцип суперпозиции(сложения): если в данной области пространства эл. поле порождается N зарядами, то в любой точке этой области результирующие напряжённость и потенциал равны сумме напряжённостей и потенциалов полей, создаваемых отдельными зарядами: и ; причём векторы складываются по правилу параллелограмма, а скаляры - алгебраически, т.е. с учётом их знака.

Изображают эл. поле с помощью силовых линий - линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с , действующей на пробный заряд (поэтому эти линии выходят из и заканчиваются на Ө зарядах или уходят в бесконечность). Густота силовых линий пропорциональна напряжённости Е поля.

Электрический диполь - система двух равных по величине разноимённых эл. зарядов q, разнесённых в пространстве на расстояние l. Он характеризуется электрическим моментом диполя: (направленным от отрицательного к положительному заряду). Электрические диполи широко распространены в природе (сердце, молекулы электролитов и др.).

Работа по перемещению заряда в электрическом поле не зависит от формы траектории, а определяется только расстоянием между начальным и конечным положениями заряда (в этом отношении электрическое поле подобно гравитационному).

Эквипотенциальные поверхности - это поверхности в эл. поле, характеризуемые одинаковым потенциалом (j =const). Например, для поля точечного заряда эквипотенциальными поверхностями являются сферы. При перемещении заряда по таким поверхностям работа , так как для них . Но только в случае, если сила перпендикулярна направлению перемещения заряда. Следовательно, силовые линии электрического поля перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям.