Как графически изображают электрическое поле

По современным представлениям, электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждое заряженное тело создает в окружающем пространстве электрическое поле . Это поле оказывает силовое действие на другие заряженные тела. Главное свойство электрического поля – действие на электрические заряды с некоторой силой. Таким образом, взаимодействие заряженных тел осуществляется не непосредственным их воздействием друг на друга, а через электрические поля, окружающие заряженные тела.

Электрическое поле, окружающее заряженное тело, можно исследовать с помощью так называемого пробного заряда – небольшого по величине точечного заряда, который не производит заметного перераспределения исследуемых зарядов.

Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика напряженность электрического поля .

Напряженностью электрического поля называют физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку пространства, к величине этого заряда:

Напряженность электрического поля – векторная физическая величина. Направление вектора в каждой точке пространства совпадает с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.

Электрическое поле неподвижных и не меняющихся со временем зарядов называется электростатическим . Во многих случаях для краткости это поле обозначают общим термином – электрическое поле

Если с помощью пробного заряда исследуется электрическое поле, создаваемое несколькими заряженными телами, то результирующая сила оказывается равной геометрической сумме сил, действующих на пробный заряд со стороны каждого заряженного тела в отдельности. Следовательно, напряженность электрического поля, создаваемого системой зарядов в данной точке пространства, равна векторной сумме напряженностей электрических полей, создаваемых в той же точке зарядами в отдельности:

Это свойство электрического поля означает, что поле подчиняется принципу суперпозиции.

В соответствии с законом Кулона напряженность электростатического поля, создаваемого точечным зарядом на расстоянии от него, равна по модулю

Это поле называется кулоновским . В кулоновском поле направление вектора зависит от знака заряда : если , то вектор направлен по радиусу от заряда, если , то вектор направлен к заряду.

Для наглядного изображения электрического поля используют силовые линии . Эти линии проводят так, чтобы направление вектора в каждой точке совпадало с направлением касательной к силовой линии (рис. 1.2.1). При изображении электрического поля с помощью силовых линий, их густота должна быть пропорциональна модулю вектора напряженности поля.

Рисунок 1.2.1.

Силовые линии электрического поля

Силовые линии кулоновских полей положительных и отрицательных точечных зарядов изображены на рис. 1.2.2. Так как электростатическое поле, создаваемое любой системой зарядов, может быть представлено в виде суперпозиции кулоновских полей точечных зарядов, изображенные на рис. 1.2.2 поля можно рассматривать как элементарные структурные единицы («кирпичики») любого электростатического поля.

Урок 218. Напряженность электрического поля

Рисунок 1.2.2.

Силовые линии кулоновских полей

Кулоновское поле точечного заряда удобно записать в векторной форме. Для этого нужно провести радиус-вектор от заряда к точке наблюдения. Тогда при вектор параллелен а при вектор антипараллелен Следовательно, можно записать:

где – модуль радиус-вектора .

В качестве примера применения принципа суперпозиции полей на рис. 1.2.3. изображена картина силовых линий поля электрического диполя – системы из двух одинаковых по модулю зарядов разного знака и –, расположенных на некотором расстоянии .

Рисунок 1.2.3.

Силовые линии поля электрического диполя

Важной характеристикой электрического диполя является так называемый дипольный момент

где – вектор, направленный от отрицательного заряда к положительному, модуль Диполь может служить электрической моделью многих молекул.

Электрическим дипольным моментом обладает, например, нейтральная молекула воды (H2O), так как центры двух атомов водорода располагаются не на одной прямой с центром атома кислорода, а под углом 105° (рис. 1.2.4). Дипольный момент молекулы воды .

Рисунок 1.2.4.

Дипольный момент молекулы воды

Во многих задачах электростатики требуется определить электрическое поле по заданному распределению зарядов. Пусть, например, нужно найти электрическое поле длинной однородно заряженной нити (рис. 1.2.5) на расстоянии от нее.

Рисунок 1.2.5.

Электрическое поле заряженной нити

Поле в точке наблюдения может быть представлено в виде суперпозиции кулоновских полей, создаваемых малыми элементами нити, с зарядом , где заряд нити на единицу длины. Задача сводится к суммированию (интегрированию) элементарных полей Результирующее поле оказывается равным

Вектор везде направлен по радиусу Это следует из симметрии задачи. Уже этот простой пример показывает, что прямой путь определения поля по заданному распределению зарядов приводит к громоздким математическим выкладкам. В ряде случаев можно значительно упростить расчеты, если воспользоваться теоремой Гаусса, которая выражает фундаментальное свойство электрического поля.

Как графически изобразить электрическое поле силовыми линиями?

Электрическое поле — это пространство, в котором электрическая сила действует на заряженные тела. Напряженность электрического поля позволяет нам предсказать, насколько велика будет эта сила. Но можете ли вы нарисовать электрическое поле? Или хотя бы представить его?

Электрическое поле трудно представить. На пробный заряд, помещенный в заданную точку пространства, действует определенная сила. В другой точке пространства на тот же электрический заряд действует другая сила: с другой величиной и по-другому направленная. В каждой точке электрического поля — а таких точек бесконечно много — действует какая-то сила.

И все же мы говорим, что поле существует, даже если нет электрического заряда, на который действуют силы. Бесконечное число сил, которых еще нет, но которые появятся, когда появится электрический заряд — это не то, что легко постичь воображением (рис. 1.). Не очень помогает введение понятия напряженности поля, которое говорит о том, какая сила действует не на любой электрический заряд, а на единичный положительный заряд.

Бесконечное число электрических сил

Однако существует элегантный способ графического представления электрического поля. Конечно, он не совершенен и не показывает все аспекты электрического поля. Но он прост и привлекателен для воображения, а также универсален. С его помощью можно визуализировать не только электрическое поле, но и магнитное поле, гравитационное поле и любое другое векторное поле. Речь идет о линиях поля (рис. 2.).

Мы можем легко представить себе линии электрического поля

Что такое линии электрического поля? Это линии, которые показывают, в каком направлении действует электрическая сила в данной точке поля на помещенный туда электрический заряд, и, кроме того, дают представление о величине этой силы.

Вот особенности, которые характерны для линий электрического поля:

Черные линии - это линии электрического поля

  • Линии электрического поля проведены так, что вектор силы, действующей на электрический заряд, помещенный в поле, всегда направлен по касательной к ним.
  • Линии электрического поля направлены (рис. 3.), то есть имеют выраженный характер. Это направление соответствует направлению силы, действующей на положительный электрический заряд, помещенный в поле. Заряд (реальный или мнимый), который мы используем для определения направления линий электрического поля, называется пробным зарядом. Обратите внимание, что предполагается, что это положительный заряд. Сила, действующая на отрицательный заряд, будет иметь направление, противоположное линиям электрического поля.
  • Линии электрического поля рисуются тем плотнее, чем выше напряженность поля в данной области.
  • Положительный заряд будет двигаться вдоль линий поля, если мы поместим его в заданную точку и не придадим ему никакой скорости.

Линии электрического поля можно представить себе в трех измерениях, например, выходящими во всех направлениях из электрически заряженной сферы (рис. 4.).

Линии электрического поля в трех измерениях

Однако чаще всего мы видим линии электрического поля на плоскости: листе бумаги, экране монитора. Всегда важно помнить, что электрическое поле простирается через все трехмерное пространство, а сечение или проекция в двух измерениях — это упрощение, которое мы используем, чтобы легче представить графически.

Еще одно упрощение заключается в том, что линии поля не покрывают все пространство или плоскость рисунка. Однако сила присутствует везде, в том числе и в промежутках между нарисованными линиями! Линии поля нарисованы достаточно плотно, чтобы дать представление о направлении сил поля в каждой точке; однако, если бы они были нарисованы слишком плотно, это бы затемнило рисунок.

Еще один важный факт о линиях электрического поля, вытекающий из законов электричества и магнетизма, заключается в том, что пока электрические заряды, создающие электрическое поле, неподвижны (тогда мы говорим об электростатическом поле), линии электрического поля никогда не образуют замкнутых контуров; они нигде не заканчиваются и не начинаются — линии электрического поля всегда начинаются с положительного электрического заряда и заканчиваются отрицательным электрическим зарядом (рис. 5).

Двухмерное изображение линий электрического поля

Давайте посмотрим, как выглядят линии поля на практике, на примере поля вокруг положительного точечного заряда.

Пример

Проиллюстрируйте электрическое поле вокруг положительного точечного заряда с помощью линий электрического поля.

Начнем с обозначения точечного заряда, который является источником поля. Закон Кулона гласит, что сила электростатического взаимодействия между двумя точечными электрическими зарядами всегда направлена вдоль прямой линии, соединяющей электрические заряды. Поэтому, чтобы линии электрического поля были касательными к вектору силы в каждой точке, они должны быть прямыми линиями, исходящими от источника электрического заряда (рис. 6.).

Прямые линии выходящие из источника электрического заряда

Поскольку мы имеем дело с положительным зарядом, сила, действующая на положительный пробный электрический заряд, помещенный в исследуемое электрическое поле, будет отталкивающей силой. Поэтому линии поля направлены «наружу» (рис. 7.):

Силовые линии электрического поля направлены наружу

Обратите внимание, что нарисованные линии электрического поля более сконцентрированы ближе к точечному заряду (квадрат «a»), который является их источником. Поскольку мы интерпретируем «плотность» линий как значение напряженности поля, это дает нам интуитивное представление о том, что поле вокруг точечного заряда ослабевает (квадрат «b») по мере удаления от этого электрического заряда (в случае линий поля, проведенных на плоскости, однако, «плотность» линий не является математически точной мерой напряженности поля).

3.3. Графическое представление электрического поля

Поскольку электрическое поле является векторным, его можно изображать в различных точках стрелками различной длины в соответствии с величинами напряженностей. Однако этот способ неудобен, так как векторы напряженности при этом накладываются друг на друга и при большом числе точек весь рисунок будет испещрен стрелками. М. Фарадей предложил более удобный способ изображения поля — метод силовых линий.

Силовыми линиями (линиями напряженности) называются линии, проведенные в электрическом поле так, что касательные к ним в каждой точке пространства совпадают по направлению с вектором напряженности поля (рис. 8.3.6).

Силовые линии проводятся так, чтобы указывать направление силы, действующей в данном поле на положительный пробный заряд. Силовые линии точечного положительного заряда радиально расходятся от заряда, а точечного отрицательного заряда — сходятся к заряду (рис. 8.3.7).

Именно в таком направлении будут действовать силы на положительный пробный заряд.

Условились наносить силовые линии с таким расчетом, чтобы число линий, исходящих от положительного заряда или заканчивающихся на отрицательном заряде, было пропорционально величине этого заряда. Поэтому, чем теснее расположены силовые линии, тем сильнее электрическое поле в этой области.

На рис. 8.3.8 показаны силовые линии поля, созданного двумя зарядами противоположного знака (см. рис. 8.3.8, а), поля, созданного двумя зарядами одноименного знака (см. рис.8.3.8, б), и поля между двумя параллельными противоположно заряженными пластинами (см. рис.8.3.8, в).

Силовые линии обладают следующими свойствами.

1. Указывают направление напряженности электрического поля; в любой точке напряженность поля направлена по касательной к силовой линии.

2. Проводятся так, чтобы напряженность электрического поля была пропорциональна числу линий, проходящих через единичную площадку, перпендикулярную линиям.

3. Начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных зарядах либо уходят в бесконечность.

4. Никогда не пересекаются, не замыкаются сами на себя (не образуют замкнутых петель). Поэтому электростатическое поле есть поле безвихревое или потенциальное.

Силовые линии не следует отождествлять с траекторией движения в электрическом поле легких заряженных частиц. Траектория частиц обладает тем свойством, что в каждой ее точке по касательной к ней направлена скорость частицы. По касательной же к силовой линии направлена сила, действующая со стороны поля на частицу, а также ускорение частицы.

9. ТЕОРЕМА ОСТРОГРАДСКОГО-ГАУССА

И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ

9.1. Вектор электрического смещения (индукции)

Напряженность электрического поля зависит от свойств среды, в которой поле образуется. Эта зависимость учитывается, как мы показали, введением в формулу кулоновской силы и напряженности безразмерной величины — относительной диэлектрической проницаемости среды. Поэтому целесообразно для характеристики электрического поля ввести новую величину, которая не зависела бы от среды, а определялась бы только величиной и распределением электрических зарядов.

Такому условию для изотропной среды удовлетворяет вектор

(9.1.1)

Этот вектор называется вектором электрического смещения (индукции) электрического поля. Для поля точечного заряда в соответствии с формулами (8.3.2) и (9.1.1) величина электрического смещения определяется выражением

(9.1.2)

Единица измерения индукции в СИ — .

При использовании понятия вектора электрического смещения (индукции) электрическое поле также изображается с помощью линий смещения (индукции) аналогично силовым линиям.

Линии смещения (индукции) — это такие линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением вектора в этой точке.

Картина электрического поля, изображенного с помощью линий смещения (индукции), более простая, чем изображенного с помощью силовых линий. Различие в том, что густота их зависит только от величины заряда, создающего поле, и не зависит от среды.

В вакууме густота линий для и совпадают, в любой другой среде густота линий для в раз больше, чем для (рис. 9.1.1).

Силовые линии

Коль скоро электрическое поле является векторным, его можно изображать в различных точках стрелками, как это сделано на рис. 22.13. Направления векторов Еа, Еb, Ес совпадали бы с направлениями показанных на этом рисунке сил и лишь длина их была бы уже иной в результате деления на q. Отношение длин векторов Еа, Еb, Ес сохранится прежним, так как мы делим на один и тот же заряд. Однако изображать электрическое поле таким образом неудобно, поскольку при большом числе точек весь рисунок будет испещрен стрелками. Поэтому пользуются другим способом изображения поля-методом силовых линий.

Для наглядного представления электрического поля его изображают семейством линий, указывающих направление напряженности поля в каждой точке пространства.
Эти так называемые силовые линии проводятся так, чтобы указывать направление силы, действующей в данном поле на положительный пробный заряд. Силовые линии точечного положительного заряда показаны на рис. 22.20, а, отрицательного — на рис. 22.20,6.
В первом случае линии радиально расходятся от заряда, во втором они радиально сходятся к заряду. Именно в таком направлении будут действовать силы на положительный пробный заряд. Конечно, силовые линии можно нанести и в промежутках между изображенными на рисунке. Но мы условимся наносить силовые линии с таким расчетом, чтобы число линий, исходящих от положительного заряда или заканчивающихся на отрицательном заряде, было пропорционально величине этого заряда.
Обратим внимание на то, что вблизи заряда, где сила максимальна, линии расположены более тесно. Это общее свойство силовых линий: чем теснее расположены силовые линии, тем сильнее электрическое поле в этой области. Вообще говоря, можно всегда изображать силовые линии таким образом, чтобы число линий, пересекающих единичную площадку, перпендикулярную направлению поля Е, было пропорционально напряженности электрического поля. Например, для уединенного точечного заряда (рис. 22.20) напряженность электрического поля убывает как 1/r 2 ; так же будет уменьшаться с расстоянием и число равномерно распределенных силовых линий, пересекающих единичную площадку: ведь общее число силовых линий остается постоянным, а площадь поверхности, через которую они проходят, растет как 4πr 2 (поверхность сферы радиусом г). Соответственно число силовых линий на единицу площади пропорционально 1/r 2 .

На рис. 22.21, а показаны силовые линии поля, создаваемого двумя зарядами противоположных знаков. Здесь силовые линии искривлены и направлены от положительного заряда к отрицательному. Поле в любой точке направлено по касательной к силовой линии, как показано стрелкой в точке Р.
На рис. 22.21,6 и в показаны силовые линии электрического поля двух положительных зарядов и поля между двумя параллельными противоположно заряженными пластинами. Заметим, что силовые линии поля между пластинами параллельны и расположены на равном расстоянии друг от друга, исключая область вблизи краев.

Таким образом, в центральной области напряженность электрического поля во всех точках одинакова, и мы можем написать:
Е = const (между близко расположенными параллельными пластинами).
Хотя вблизи краев это не так (силовые линии изгибаются), часто этим можно пренебречь, особенно если расстояние между пластинами мало по сравнению с их размерами. [Сравните этот результат со случаем уединенного точечного заряда, где поле изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния].

Итак, силовые линии обладают следующими свойствами:

1. Силовые линии указывают направление напряженности электрического поля: в любой точке напряженность поля направлена по касательной к силовой линии.

2. Силовые линии проводятся так, чтобы напряженность электрического поля Е была пропорциональна числу линий, проходящих через единичную площадку, перпендикулярную линиям.

3. Силовые линии начинаются только на положительных зарядах и заканчиваются только на отрицательных зарядах; число линий, выходящих из заряда или входящих в него, пропорционально величине заряда.

Можно также сказать, что силовая линия электрического поля — это траектория, по которой следовал бы помещенный в поле малый пробный заряд. (Строго говоря, это верно лишь в том случае, если пробный заряд не обладает инерцией или движется медленно, например вследствие трения.)
Силовые линии никогда не пересекаются. (Если бы они пересекались, это означало бы, что в одной и той же точке напряженность электрического поля имеет два различных направления, что лишено смысла.)

Электрические поля и проводники

В статическом случае (т.е. когда заряды покоятся) электрическое поле внутри хорошего проводника отсутствует. Если бы в проводнике существовало электрическое поле, то на внутренние свободные электроны действовала бы сила, вследствие чего электроны пришли бы в движение и двигались до тех пор, пока не заняли бы такое положение, при котором, напряженность электрического поля, а стало быть, и действующая на них сила обратились бы в нуль. Из этого рассуждения вытекают любопытные следствия. В частности, если проводник обладает результирующим зарядом, то этот заряд распределяется по внешней поверхности проводника. Этот факт можно объяснить с иной точки зрения. Если, например, проводник заряжен отрицательно, то мы легко можем представить, что отрицательные заряды отталкивают друг друга и устремляются к поверхности проводника, чтобы расположиться как можно дальше друг от друга. Другое следствие состоит в следующем. Пусть положительный заряд Q помещен в центр полого изолированного проводника в форме сферической оболочки (рис. 22.22).
Поскольку внутри проводника электрического поля быть не может, силовые линии, идущие от положительного заряда, должны заканчиваться на отрицательных зарядах на внутренней поверхности металлической сферы. В результате на внутренней поверхности сферического проводника будет индуцирован соответствующий отрицательный заряд -Q, а равный по величине положительный заряд +Q распределится по внешней поверхности сферы (поскольку в целом оболочка нейтральна). Таким образом, хотя внутри проводника электрическое поле отсутствует, снаружи сферы существует электрическое поле (рис. 22.22), как если бы металлической сферы вовсе не было.

С этим связано также и то обстоятельство, что силовые линии электрического поля всегда перпендикулярны поверхности проводника. Действительно, если бы вектор напряженности электрического поля Е имел компоненту, параллельную поверхности проводника, то электроны под действием силы двигались бы до тех пор, пока не заняли положение, в котором на них не действует сила, т. е. пока вектор напряженности электрического поля не будет перпендикулярен поверхности.

Все сказанное относится только к проводникам. В изоляторах, у которых нет свободных электронов, может существовать электрическое поле и силовые линии не обязательно перпендикулярны поверхности.

Продолжение следует. Коротко о следующей публикации:

— Электрические диполи.
— Расчет напряженности электрического поля Е.
— Движение заряженной частицы в электрическом поле.

Графическое изображение электрических полей

Электрическое поле невидимо, но иногда очень важно представить, как оно распределено в пространстве. В этом случае электрическое поле можно изобразить графически с помощью линий вектора напряженности , которые также называют силовыми линиями электрического поля.

Линией вектора напряженности или силовой линией называют линию, в каждой точке которой вектор напряженности электрического поля направлен по касательной к ней. Так как касательная определяет два взаимно противоположных направления, то силовой линии приписывают определенное направление, отмечая его на рисунке стрелкой.

На рисунке 22.1.3а изображена силовая линия некоторого электрического поля.

Выберем на этой линии произвольные точки А, В и С (Рис.22.1.3б).

Для того, чтобы указать векторы напряженности , , в этих точках, проведем векторы, касательные к этим точкам, причем начала каждого из этих векторов должны находиться в соответствующих точках (Рис.22.2.3в).

Вопрос о величинах , , рассматривать пока не будем.

Чтобы при помощи силовых линий изобразить не только направление, но и величину напряженности поля (качественно), условились на графическом изображении поля проводить силовые линии так с определенной густотой, а именно так, чтобы число силовых линий, проходящих через единицу поверхности, перпендикулярной к силовым линиям, было пропорциональным величине напряженности поля в данном месте.

Изображая силовые линии поля, мы получаем своеобразное графическое изображение, которое наглядно показывает, как напряженность поля изменяется в пространстве.

На рисунке 22.1.4 изображена плоская картина части некоторого электрического поля. Из рисунка видно, что величина напряженности поля в точках, принадлежащих плоскости 1, меньше величины напряженности поля, принадлежащих плоскости 2. если эти точки находятся на одной силовой линии.

При графическом построении изображения электростатическихических полей с помощью силовых линий нужно руководствоваться следующими соображениями:

  1. силовые линии всегда разомкнуты, они начинаются положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных зарядах или уходят на бесконечность от положительных зарядов, или входят из бесконечности в отрицательные заряды;
  2. силовые линии никогда не пересекаютс я, т.к. их пересечение означало бы наличие в точке пересечения двух различных направлений одного и того же вектора напряженности, направленного по касательной к ним, что не имеет смысла;
  3. чем гуще располагаются силовые линии, тем больше напряженность поля в этом месте; при этом силовые линии не могут сливаться, т.к. это означало бы бесконечно большую величину напряженности поля.

Поле, изображенное не рисунке 22.1.4 это пример неоднородного поля, т.е. поля с переменной от точки к точке напряженностью.

Такие поля изображаются или кривыми силовыми линиями (Рис.22.1.5а), или непараллельными прямыми (Рис.22.1.5б), или параллельными прямыми, но расположенными с разной густотой (Рис.22.1.5в).

Однако очень часто встречается случай, когда с какой-то области пространства создается однородное электрическое поле.

Определение однородного электрического поля:

Поле, в каждой точке которого вектор напряженности постоянный по величине а направлению ( =const), называется однородным.

Силовые линии однородного электрического поля представляют собой параллельные прямые, распределенные по пространству с одинаковой густотой, т.е. отстоящие друг от друга на равных расстояниях.

На рисунке 22.1.5а изображен плоская картина распределения силовых линий некоторого однородного электрического поля.

Выберем произвольные точки этого поля: A, B, C, D, F (Рис.22.1.5б). электрического поля представляют собой параллельные прямые, распределенные по пространству с одинаковой густотой, т.е. равлений

Во всех этих точках вектор напряженности одинаков по модулю и по направлению.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Напряженность электрического поля и его графическое изображение

На единичный положительный заряд, помещенный в любую точку электрического поля, будет действовать некоторая сила.

Определение: Сила, действующая на единичный неподвижный положительный заряд в данной точке поля, называется напряженностью электрического поля.

Измеряется напряженность поля в вольтах на метр (в/м).

Если в данной точке поля находится заряд q и поле действует на него с силой F, то напряженность поля Е можно определить по формуле

formula-napryazhennosti-ehlektricheskogo-polya

Если в данной точке поля находится единичный заряд (т. е. q=1), то E = F. Это соответствует данному выше определению напряженности электрического поля.

Пример. В электрическом поле находится заряд q = 0,004 кулона. На заряд действует сила F = 4 ньютонам. Определить напряженность электрического поля.

Решение.

Прииер формула напряженности поля

Кулон — заряд, переносимый через поперечное сечение проводника в одну секунду при неизменяющейся силе тока, равной одному амперу.

Ньютон — единица силы, под влиянием которой тело с массой в 1 кг приобретает ускорение в 1 м/сек 2 . Эта единица силы получила свое название в честь гениального английского физика, механика, астронома и математика Исаака Ньютона (1642—1727)

Следует подчеркнуть разницу между понятиями «напряженность электрического поля» и «напряжение». Напряженность характеризует поле в данной точке через величину силы, действующей на единичный положительный заряд, находящийся в этой точке. Напряжение — это разность потенциалов между двумя точками электрического поля, или работа, совершаемая силами поля при переносе единичного положительного заряда из одной точки поля в другую.

ГРАФИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Мы уже знаем, что вокруг электрического заряда существует электрическое поле, проявляющееся, в частности, в том, что на пробный заряд, внесенный в это поле, действует механическая сила. Кроме того, нужно обратить внимание и еще на одно очень важное обстоятельство: пробный заряд под действием электрического поля всегда перемещается в определенном направлении. Например, если поле создано положительно заряженным шаром, то пробный положительный заряд отталкивается от шара и перемещается в направлении радиуса шара. Если бы шар был заряжен отрицательно, то пробный положительный заряд притягивался бы к шару, но опять перемещался бы в направлении радиуса.

В поле, созданном несколькими зарядами, перемещение пробного заряда происходило бы по более сложной траектории.

Перемещение пробного заряда q в электрическом поле происходит под действием силы поля (F). В электрическом поле можно провести линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением силы F, действующей па пробный заряд. Такие линии называются электрическими силовыми линиями (рис. 1).

ehlektricheskaya-silovaya-liniya

Рисунок 1. Электрическая силовая линия.

Электрические силовые линии позволяют характеризовать электрическое поле. Ими пользуются при объяснении многих электрических явлений.

Следует твердо помнить об условности понятия «электрическая силовая линия». Это не что иное, как графическое изображение реально существующего электрического поля. Пользуясь таким условным изображением, можно наглядно и просто охарактеризовать направление движения зарядов в поле, уяснить характер взаимодействия заряженных тел и т. д.

В дальнейшем мы будем неоднократно использовать термин «электрические силовые линии», не оговаривая каждый раз его условность.

Для ряда простых случаев графическое построение электрического поля не вызывает затруднений. Нужно только помнить следующее:

— силовые линии направлены от положительных зарядов к отрицательным (направление движения пробного положительного заряда);

— силовые линии начинаются на положительном заряде и кончаются на отрицательном;

— силовые линии должны быть направлены всегда перпендикулярно поверхности заряженного тела.

На рис. 2 и 3 показаны примеры графического изображения электрических полей. Направление силовых линий обозначается стрелками.

Рисунок 2. Силовые линии электрического поля, образованные точечным зарядам: слева-положительным, справа-отрицательным.

Рисунок 3. Силовые линии электрического поля, образованные двумя зарядам: слева-двумя разноименными, справа-двумя одноименными.

Следует запомнить, что положительный заряд, внесенный в электрическое поле, будет перемещаться от точек с более высоким потенциалом к точкам с более низким потенциалом. Наоборот, отрицательный заряд, внесенный в электрическое поле, будет перемещаться от точек с более низким потенциалом к точкам с более высоким потенциалом.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Графическое представление электростатического поля.

Закон Кулона не объясняет механизм передачи электромагнитного взаимодействия: близкодействие (непосредственный контакт) или дальнодействие? Если заряды действуют друг на друга на расстоянии, то скорость передачи взаимодействия должна быть бесконечно большой, взаимодействие должно распространяться мгновенно. На опыте скорость конечна (скорость света с=3 . 10 8 м/с).

Для объяснения вводится понятие электрического поля (впервые — М. Фарадей) — особый вид материи, существующий вокруг любого электрического заряда и проявляющий себя в действии на другие заряды.

Напряженность — силовая характеристика электрического поля.

Пусть заряд q0 создает поле, в произвольную точку которого мы помещаем положительный заряд q. Во сколько бы раз мы не изменяли заряд q в этой точке, сила взаимодействия изменится во столько же раз (з-н Кулона).

Следовательно: — величина постоянная в данной точке данного поля.

Напряженность — векторная физическая величина, численно равная отношению

силы, действующей на заряд, помещенный в данную точку данного поля, к величине этого заряда.

Напряженность не зависит от величины заряда, помещенного в поле.

Напряженность в данной точке поля равна 1, если на заряд в 1 Кл, помещенный в эту точку, действует сила в 1 Н. (Напряженность равна 1 , если между точками электростатического поля, находящимися на расстоянии 1 м друг от друга, существует разность потенциалов 1 В).

Принцип суперпозиции полей: напряженность поля, созданного системой зарядов равна геометрической сумме напряженностей полей, созданных каждым зарядом. Т.е. напряженности складываются геометрически:

(Это опытный факт.)

напряженность поля, созданного системой зарядов равна геометрической сумме напряженностей полей, созданных каждым зарядом

Графическое представление электростатического поля.

Силовые линии (линии напряженности) — непрерывные (воображаемые) линии вектор напряженности касателен к каждой точке которых. Способ описания с помощью силовых линий введен Фарадеем.

Силовые линии (линии напряженности)

Силовые линии (линии напряженности)

Силовые линии (линии напряженности)

  1. Начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах.
  2. Не пересекаются.
  3. Густота линий тем больше, чем больше напряженность. Т.е. напряженность поля прямо пропорциональна количеству силовых линий, проходящих через единицу площади поверхности.
  4. Можно договориться изображать поля так, что количество проведенных линий пропорционально величине заряда.
Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий