Закон Кулона. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции электрических полей

Количественно взаимодействия электрических зарядов подчиняются установленному в 1785 г. Кулоном закону, согласно которому сила взаимодействия двух точечных зарядов пропорциональна величине каждого из зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

, (1.2)

где e₀ = 8,85×10^-12 Ф/м – электрическая постоянная;

q₁, q₂ – величины взаимодействующих зарядов;

r_1,2 – расстояние между зарядами;

r₀ – единичный вектор, показывающий направление силы.

В случае одноименных зарядов сила (сила отталкивания) положительна, разноименных (сила притяжения) – отрицательна (рис. 1.1).

Под точечными зарядами понимают линейно протяженные заряженные тела, размерами которых можно пренебречь в условиях данной задачи.

При исследовании взаимодействия электрических зарядов возникают вопросы:

1. Что является причиной появления сил взаимодействия?

2. Как передается воздействие одного заряда на другие?

Для понимания этих явлений современная физика допускает наличие вокруг любого заряженного неподвижного тела электрического поля, которое является одной из форм существования материи.

Основным свойством электрического поля является то, что на любой заряд, помещенный в него, действует сила. Порождаясь зарядами, электрическое поле осуществляет электрическое взаимодействие.

Для количественной характеристики электрического поля вводится в рассмотрение физическая величина, называемая напряженностью электрического поля.

Напряженность электрического поля – векторная физическая величина. Она численно равна силе, действующей на положительный единичный заряд, помещенный в данную точку поля.

Если электрическое поле создается точечным зарядом q, то согласно определению напряженность такого поля

. (1.3)

Напряженность электрического поля является его силовой характеристикой. Направление вектора E совпадает с направлением силы, действующей на заряд, помещенный в данную точку поля. Он направлен по радиальной прямой, проходящей через заряд и рассматриваемую точку поля от заряда, если он положительный, и к заряду, если он отрицательный (рис. 1.2).

За единицу напряженности электрического поля принимается напряженность в такой точке, в которой на заряд, равный единице, действует сила, равная единице.

В системе СИ напряженность электрического поля измеряется в Кл/м или В/м.

Из формулы (1.3) сила

F = qE. (1.4)