Электрическоеполе.Электромагнитноеполеимеетдвевзаимосвязанныестороны—электрическоеимагнитноеполя.Можносоздатьусловия,когдавнекоторойобластипространстваобнаруживаютсяилиэлектрические,илимагнитныеявления.Вокругзаряженныхнеподвижныхтелвозникаеттолькоэлектрическоеполе.Ономожетбытьтакжесозданоизменяющимсямагнитнымполем.Аналогично,впространстве,окружающемнеподвижныепостоянныемагниты,обнаруживаетсятолькомагнитноеполе.Простейшимслучаемэлектрическогополяявляетсяполенеподвижныхзарядов,котороеназываютэлектростатическим.
Электрическоеполепринятоопределятьпомеханическимсилам,которыеиспытываютнеподвижныезаряженныетела,вносимыевэтополе.
Напряженностьэлектрическогополя.Дляобследованияэлектрическогополя,создаваемоготеломсположительнымзарядомQ(рис.1.2),будемвноситьвразличныеточкиэтогополяпробноезаряженноетело.Ввидумалогозначениязаряда(+q)пробноготелабудемсчитать,чтоискаженияисследуемогополянепроисходит.Вкаждойточкеполянапробноезаряженноетелодействуетопределеннаяпозначениюинаправлениюмеханическаясила.Пользуясьэтим,определимосновнуюфизическуювеличину,характеризующуюэлектрическоеполевкаждойеготочкеиназываемуюнапряженностьюэлектрическогополя.
НапряженностьэлектрическогополяравнаотношениюсилыF,действующейнанеподвижноеположительнозаряженноепробноетело,помещенноевданнуюточкуполя,квеличинезарядаqэтоготелаВекторнапряженностиэлектрическогополяЕсовпадаетпонаправлениюсвекторомсилыF.Следовательно, . (1.2)
ВСИсилавыражаетсявньютонах(Н),азаряд—вкулонах(Кл),поэтомуединицанапряженности—Н/Кл.Изкурсафизикиизвестно,что следовательно,
Такимобразом,напряженностьэлектрическогополявСИвыражаетсяввольтахнаметр(В/м).Еслинапряженностьполявкакой-либоточкеравна100В/м,значитнапробноетелосединичнымзарядом,помещенноевэтуточку,действуетсилаF=100Н.Еслизначениезарядапробноготелаувеличить,тоувеличитсяисилаF.Поэтомучембольшенапряженностьэлектрическогополяизначениезарядапробноготела,тембольшеисилаF,действующаянанего.
Электрическоеполеизображаетсялинияминапряженностиэлектрическогополя(электрическимисиловымилиниями),которыепроводяттак,чтобы
вкаждойихточкекасательныекнимсовпадалипонаправлениюсвекторомнапряженностиполя.Нарис.1.3показанакартинаэлектростатическогополядвухзаряженныхтелсравнымиипротивоположнымипознакузарядами.Силовымилиниямиизображаютнетольконаправление,ноизначениенапряженностиполя.Дляэтогонаграфикахпроводятсиловыелиниисопределеннойплотностьютак,чтобычислосиловыхлиний,проходящихчерезединицуповерхности,перпендикулярнойсиловымлиниям,былоравно(илипропорционально)значениюнапряженностиполявданномместе.
Электрическоеполе,вовсехточкахкотороговекторынапряженностиодинаковы,называетсяоднородным.Электрическиесиловыелиниитакогополяпараллельныирасположенысодинаковойплотностью.
3.Электрическоеполеодногоинесколькихточечныхзарядов. Рассмотримэлектрическоеполеточечногозаряда,показанногонарис.1.2.ЗдесьQ—зарядтела,создающегоэлектрическоеполе;q—зарядпробноготела;R—расстояниемеждузарядамиQиq.
ПозаконуКулонасилавзаимодействиямеждутеламисзарядамиQиqбудетравна анапряженностьэлектрическогополявточкеА
(1.3)
Следовательно,напряженностьэлектрическогополя,созданногозаряженнымточечнымтелом,резкопадаетсувеличениемрасстоянияR.Еслиэторасстояниеувеличитьвдвараза,тонапряженностьполяуменьшитсявчетырераза.Такоеполебудетнеоднородным.Иногдаэлектрическоеполесоздаетсясистемойточечныхтел.
Нарис.1.4показаныдваточечныхтеласзарядами+Q1и—Q2,создающимиэлектрическоеполе.ОпределимнапряженностьвточкеБэтогополяследующимобразом:
а)найдемнапряженностьполявданнойточкеотзарядаQ1(вотсутствиезарядаQ2),т.е
б)определимнапряженностьполявэтойжеточкеотзаряда
Q2(вотсутствиезарядаQ1),т.eе
в)путемсложениявекторовнапряженностиE1иЕ2найдемискомуюнапряженность .Особое внимание при этом
обратимнанаправлениевекторовE1иЕ2.