Напряженность электростатического поля. Напряженность поля точечного заряда и системы точечных зарядов. Принцип наложения полей.

 

Электрическое поле создается электрическими зарядами или просто заряженными телам, а также действует на эти объекты независимо от того, движутся они или неподвижны. Если электрически заряженные тела неподвижны в данной системе отсчета, то их взаимодействие осуществляется посредством электростатического поля. Силы, действующие на заряды (заряженные частицы) со стороны электростатического поля, называется электростатическими силами.

Количественной характеристикой силового действия электрического поля на заряженные частицы и тела служит векторная величина Е, называемая напряженностью электрического поля.

Рассмотрим заряд q как «источник» электрического поля, в которое на расстоянии r помещен единичный пробный заряд q^/=+1, т.е. заряд, который не вызывает перераспределение зарядов, создающих поле. Тогда по закону Кулона на пробный заряд будет действовать сила

Следовательно, вектор напряженности электростатического поля в данной точке численно равен силе , действующей на пробный единичный положительный заряд q^/, помещенный в эту точку поля

 

,

(10.2.1)

Из закона Кулона (10.1.4) вытекает, что напряженность точечного заряда Q вточке А, удаленной на расстоянии r от заряда, численно равна

(10.2.2)

где – радиус – вектор, проведенный от точечного заряда в исследуемую точку поля. Единицей измерения напряженности является [1В/м]= [1Кл]/ [1м²]. Напряженность направлена по радиусу – вектору, проведенному из точки в которой находится заряд, в точку А (в сторону от заряда, если заряд положителен, и к заряду – если заряд отрицателен).

Электрическое поле называется однородным, если вектор его напряженности одинаков во всех точках поля, т.е. совпадает как по модулю, так и по направлению. Примерами таких полей являются электростатические поля равномерно заряженной бесконечной плоскости и плоского конденсатора вдали от краев его обкладок. Для графического изображения электростатического поля пользуются силовыми линиями (линии напряженности) – воображаемыми линиями, касательные к которым совпадают с направлением вектора напряженности в каждой точке поля (рис.10.4.- изображены сплошными линиями). Густота линий определяется модулем напряженности в данной точке пространства.

 

Линии напряженности разомкнуты – они начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах. Силовые линии нигде не пересекаются, так как в каждой точек поля его напряженность имеет одно единственное значение и определенное направление.

Рассмотрим электрическое поле двух точечных зарядов q₁ и q_{2 .}

Пусть – напряженность поля в точке а, создаваемая зарядом q₁ (без учета второго заряда), а - напряженность поля заряда q₂ (без учета первого заряда). Напряженность результирующего поля (при наличии обоих зарядов) может быть найдена по правилу сложения векторов (по правилу параллелограмма, рис. 10.5).

Напряженность электрического поля от нескольких зарядов находиться по принципу суперпозиции электростатических полей, согласно которому напряженность результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равна геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых в данной точке каждым из зарядов в отдельности:

(10.2.3)

Принцип суперпозиции позволяет вычислить напряженность поля достаточно любой системы зарядов. Разбив протяженные заряды на достаточно малые доли dq, любую систему зарядов можно свести к совокупности точечных зарядов.