Б2. Электрическое поле. Напряжённость поля. Принцип суперпозиции полей. Силовые линии поля. Поле диполя.

Электрическое поле — одна из составляющих электромагнитного поля; особый вид материи, существующий вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может быть обнаружено благодаря его силовому воздействию на заряженные тела.

Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика — напряжённость электрического поля — векторная физическая величина, равная отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещённый в данную точку пространства, к величине этого заряда. Направление вектора напряженности совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.

При́нцип суперпози́ции — один из самых общих законов во многих разделах физики. В самой простой формулировке принцип суперпозиции гласит:

результат воздействия на частицу нескольких внешних сил есть векторная сумма воздействия этих сил.

Если в данной точке пространства различные электрически заряженные частицы 1, 2, 3... и т.д. создают электрические поля с напряженностью Е1, Е2, Е3... и т.д., то результирующая напряженность в данной точке поля равна геометрической сумме напряженностей.

Электрическое поле наглядно изображается с помощью силовых линий. Силовой линией электрического поля называется линия, в каждой точке которой касательная совпадает с вектором напряженности поля. Силовые линии проводятся с такой густотой, чтобы число линий, пронизывающих воображаемую площадку 1м2, перпендикулярную полю, равнялось величине напряженности поля в данном месте. Тогда по изображению электрического поля можно судить не только о направлении, но и о величине напряженности поля. Электрическое поле называется однородным, если во всех его точках напряженность Е одинакова. В противном случае поле называется неоднородным.

При положительном заряде, образующем поле, вектор напряженности направлен вдоль радиуса от заряда, при отрицательном - вдоль радиуса по направлению к заряду. Исходя из положительного заряда (или входя в отрицательный заряд) силовые линии теоретически простираются до бесконечности.

. Напряженность электростатического поля в данной точке есть физическая величина, определяемая силой, действующей на пробный единичный положительный заряд, помещенный в эту точку поля:

Как следует из формул напряженность поля точечного заряда в вакууме

Векторная сумма -это принцип суперпозиции.Для того чтобы задать поле надо в каждой точке пространства задать направление вектора E и его модуль. Силовая линия -это мысленная кривая.проведенная т. о.,чтобы в каждой точке её вектор E был бы касательной

Напряж.данной точки будет равна 1.Если 3,то 3. Договоримся,что из поожительных выходят,а в отрицательный заряд входят

 

 

Силовая линия.Выбрали площадку ds, n-нормаль,тогда потоком вектора e будет наз-ся величина -скалярное произведение.

Имеется конечная площадка ds,тогда поток

Если поверхность замкнутая,то поток через замкнутую поверхность

Замкнт. Поверхность разделяет просторан. На внутреннею часть и на внешнюю,которые между собой не прикасаются.замкн. находится,тогда поток вектора E через заданную поверхность

Имеется несколько зарядов. Теорема

Е —напряженность результирующего поля, а Е _i — напряженность поля, создаваемого зарядом Q_i. Подставляя последние выраже­ния в, получаем

Формула выражает принцип суперпозиции (наложения) электростатических полей, согласно которому напряженность Е результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равна геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности.Принцип суперпозиции позволяет рассчитать электростатические поля любой си­стемы неподвижных зарядов, поскольку если заряды не точечные, то их можно всегда свести к совокупности точечных зарядов. Электрический диполь — система двух равных по модулю разноименных точечных зарядов (+Q,–Q), расстояние l между которыми значительно меньше расстояния до рассматриваемых точек поля. Вектор, направленный по оси диполя (прямой, проходящей через оба заряда) от отрицательного заряда к положи­тельному и равный расстоянию между ними, называется плечом диполя 1. Вектор

совпадающий по направлению с плечом диполя и равный произведению заряда |Q| на плечо l, называется электрическим моментом диполя или дипольным моментом. Согласно принципу суперпозиции напряженность Е поля диполя в произ­вольной точке

где Е₊ и Е_– — напряженности полей, создаваемых соответственно положительным и отрицательным зарядами. Воспользовавшись этой формулой, рассчитаем напряжен­ность поля в произвольной точке на продолжении оси диполя и на перпендикуляре к середине его оси.

 

Б3.Поток вектора напряжённости электрического поля. Теорема Остроградского-Гаусса. Примеры.

Число линий вектора E, пронизывающих некоторую поверхность S, называется потоком вектора напряженности Ne.

Для вычисления потока вектора E необходимо разбить площадь S на элементарные площадки dS, в пределах которых поле будет однородным (рис.13.4).

 

Поток напряженности через такую элементарную площадку будет равен по определению

где -a угол между силовой линией и нормалью n к площадке dS; dS - проекция площадки dS на плоскость, перпендикулярную силовым линиям. Тогда поток напряженности поля через всю поверхность площадки S будет равен

т.к то

где - En проекция вектора E на нормаль и к поверхности dS.