Онлайн


Поле точечного заряда

32

Статическое электрическое поле создается электрическими зарядами и в этом смысле заряды являются источниками электрического поля. Простейший заряд – точечный. Модель демонстрирует расположение силовых линий вблизи точечного заряда и график зависимости напряженности электрического поля от расстояния до точечного заряда. Можно изменять величину и знак заряда. 

Подробнее

Электрические заряды q, находящийся в точке M, пространства в окружающей их области пространства окружающей точку M, создают электрическое поле. Говорят также, что заряды является источниками электрического поля. Электрическое поле в некоторой области пространства проявляется в том, что на вносимый в эту область электрический заряд действует сила, пропорциональная величине внесённого заряда. Электрическое поле можно определить по его действию на вносимые (пробные) заряды, если убедиться, что нет других взаимодействий, создающих эти силы. Замечание. Электрическое поле есть проявление электромагнитного поля. Электрическое поле нужно изучать только вместе с магнитным полем. Именно электромагнитное поле осуществляет взаимодействие между движущимися зарядами, находящихся в состоянии произвольного механического движения. Если заряды неподвижны (случай, который только и рассматривается в электростатике), то  электромагнитное поле сводится к электрическому полю. Электрическое поле характеризуется специальными физическими величинами, которые позволяют рассчитывать явления, происходящие в электрическом поле. Основной величиной является напряженностью электрического поля, являющаяся силовой характеристикой поля в каждой точке пространства (и в каждый момент времени, но в электростатике все величины не зависят от времени).

Напряженностью электрического поля в данной точке называется физическая величина, равная отношению силы F, действующей на пробный заряд, помещённый в рассматриваемую точку поля, к величине q этого пробного заряда:

e21где E- напряженность электрического поля, F- сила, действующая на пробный заряд, и q - величина пробного заряда.

Напряженность поля - величина векторная. Направление вектора напряженности поля всегда совпадает с направлением вектора силы, действующей в данной точке поля на положительный пробный заряд. Как следует из соотношения (1), сила, действующая в некоторой точке поля на произвольный заряд q, равна произведению заряда q на напряженность поля в этой точке E: 

       F = q E.

Величина напряженности поля, вообще говоря, меняется от точки к точке в поле. Однако существуют поля, в которых напряженность поля всюду имеет одно и то же значение (полезно вспомнить изучавшиеся гравитационные поля). Если напряженность поля одинакова во всех точках пространства, то это поле называется однородным. Если же величина напряженности поля меняется от точки к точке, то поле называется неоднородным.

Поле точечного заряда Q. По закону Кулона величина силы F взаимодействия между пробным зарядом q и зарядом Q, создающим поле, равна

    e22 ,



где r - расстояние между зарядами, то для напряженности поля E, создаваемого точечным зарядом Q в точке на расстоянии r от него, мы получаем выражение

   e23 .

Наглядный геометрический образ электрического поля дают \emph{линии электрического поля} (силовые линии). Линией электрического поля называется линия, касательная к которой в каждой ее точке совпадает с направлением вектора напряженности поля в этой точке. Можно также считать, что силовые линии натянуты и отталкиваются друг от друга. Но важно также помнить, что линии поля введены только для наглядности и реально не существуют.

Если электрическое поле создается не одним, а несколькими зарядами, то напряженность поля в некоторой точке определяется принципом суперпозиции):
напряжённость электрического поля, созданного несколькими источниками равна векторной сумме напряжённостей полей, создаваемых каждым источником.

3.1
Рис. Линии электрического поля начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных зарядах. Они могут также уходить на "бесконечность" или приходить из "бесконечности". Линии статического электрического поля являются незамкнутыми линиями. Линии поля можно провести так, что величина напряженности в данной точке поля будет равна числу силовых линий, проходящих через площадку единичной площади, расположенную в данной точке поля перпендикулярно к силовым линиям. Это следует из уравнений, которым удовлетворяет электростатическое поле. Для поля точечного заряда в этом можно легко убедиться, это прямо следует из зависимости

e24,

т. к. сфера радиуса r имеет площадь e25а) Линии электрического поля положительного точечного заряда. б)  Линии электрического поля двух разноимённых зарядов.