Электростатическое поле. Напряженность электрического поля. Силовые линии поля.

Взаимодействие между покоящимися зарядами осуществляется через электрическое поле, т.к. всякий электрический заряд изменяет свойства окружающего его пространства, создавая в нем электрическое поле. Это поле проявляет себя в том, что оно действует с силой на заряд, внесенный в него. Основной количественной характеристикой электрического поля является напряженность электрического поля - векторная величина; она определяется отношением силы, действующей со стороны поля на пробный заряд q', к величине этого заряда, т.е.

. (11-4)

Пробным зарядом q' называют малый по величине точечный положительный заряд (малый потому, чтобы не изменять ни величины, ни распределения тех сторонних зарядов, которые порождают исследуемое поле.Таким образом, напряженность электрического поля равна силе, с которой электрическое поле действует на единичный положительный заряд и совпадает по направлению с этой силой. Напряженность электрического поля измеряется в В/м.

В общем случае на заряд q, находящийся в поле с напряженностью , действует сила . (11-5)

Исследуем с помощью пробного заряда q' поле неподвижного заряда q.

Согласно закону Кулона на пробный заряд q' со стороны заряда q будет действовать сила (11-2); с учетом этого напряженность поля, создаваемого точечным зарядом q,

, (11-6)

здесь - радиус-вектор, проведенный от заряда q в рассматриваемую точку поля.

Таким образом, напряженность электрического поля, создаваемого точечным зарядом q на расстоянии r от него, прямо пропорциональна величине заряда q и обратно пропорциональна r ² - квадрату расстояния от него.

Если электрическое поле создается совокупностью точечных зарядов q₁, q₂,..., q_n, то оно будет действовать на пробный заряд q' в некоторой точке поля М с результирующей силой .

Напряженность поля в этой точке (11-7)

т.е, равна векторной сумме напряженностей полей, которые создавал бы каждый из зарядов в отдельности. Таким образом,

(11-8)

Это утверждение носит название принципа суперпозиции (наложения) электрических полей и справедливо для не очень больших величин .

Условно электрическое поле изображают (рис.11.1) с помощью линий вектора — силовых линий; касательные к силовым линиям совпадают с направлением силы, действующей на пробный заряд в рассматриваемой точке поля.

 

 

Электрический диполь

Два точечных заряда, равных по величине и противоположных по знаку, находящихся на некотором расстоянии друг от друга, называются электрическим диполем (рис11.2).

Плечом диполя называется вектор , направленный по оси диполя от отрицательного заряда к положительному и по модулю равный расстоянию между ними. Электрический диполь характеризуется моментом диполя

(11-9)

 

В соответствии с принципом суперпозиции напряженность в произвольно точке поля диполя = ₊+ _-. Приведем формулы для напряженности поля диполя: 1) в точке А, расположенной на оси диполя, (рис.11.3.)

 

. (11-10)

2) в точке, расположенной на перпендикуляре к середине его оси

(11-11)

На диполь, помещенный в электрическое поле с напряженностью , действует момент сил , (11-12) который стремится установить диполь по полю (рис.11.4). Потенциальная энергия диполя во внешнем электростатическом поле . (11-13)