Электрическое поле и его основные характеристики

Любое тело состоит из молекул и атомов. Упрощенно атом вещества можно представить в виде ядра и оболочки. Ядро состоит из протонов (положительно заряженных) и нейтронов (электрически нейтральных), а оболочка – из движущихся отрицательно заряженных электронов. В целом, атом электрически нейтрален, т.к. суммарный положительный заряд ядра равен суммарному отрицательному заряду электронов. Тела, состоящие из электрически нейтральных атомов, не обладают электрическим зарядом. Если атом теряет электроны, равновесие нарушается, и он превращается в положительно заряженный ион. Если же атом приобретает электроны, он превращается в отрицательно заряженный ион. Процесс превращения электрически нейтральных атомов в ионы называется ионизацией. Если в теле преобладают положительные или отрицательные ионы, оно является электрически заряженным. Электрически заряженное тело характеризуется количеством заряда, которое обозначается буквой Q и измеряется в Кулонах (Кл). Заряд электрона .

Электрически заряженные тела взаимодействуют друг с другом. Одноименно заряженные тела отталкиваются, разноименно заряженные – притягиваются. Для удобства вводится понятие точечного заряженного тела. Заряженные тела называются точечными, если их линейные размеры малы по сравнению с расстоянием между телами. Сила их взаимодействия описывается законом Кулона и измеряется в Ньютонах (Н).

Сила взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел прямо пропорциональна произведению зарядов этих тел, обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и зависит от среды.

где Q_1, Q₂ – величины зарядов, R – расстояние между зарядами, ε_а – абсолютная диэлектрическая проницаемость среды (учитывает влияние среды на силу взаимодействия). Абсолютная диэлектрическая проницаемость разных веществ различна. Абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума называется электрической постоянной:

Величина, показывающая во сколько раз абсолютная диэлектрическая проницаемость вещества больше электрической постоянной, называется относительной диэлектрической проницаемостью вещества:

Электрическое поле - одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду частицы и не зависящей от ее скорости. Электростатическое поле – поле неподвижных зарядов.

       Силовой характеристикой электрического поля является напряженность (Е).

       Напряженность электрического поля – это отношение силы, с которой электрическое поле действует на пробный точечный заряд (F), помещенный в данную точку, к величине этого заряда (q).

       Единица измерения напряженности Н/Кл. Напряженность – величина векторная и совпадает по направлению с вектором силы.

       Электрическое поле, во всех точках которого векторы напряженности одинаковы, называется однородным.

Графически электрическое поле изображается с помощью силовых линий (линий напряженности), которые проводятся таким образом, чтобы в каждой точке вектор напряженности был направлен вдоль касательной к ней в этой точке. Линии напряженности электрического поля начинаются на положительном заряде, а заканчиваются на отрицательном заряде. Таким образом, силовые линии электрического поля являются незамкнутыми.

       Если поместить в какую-либо точку электрического поля пробный заряд q, он будет обладать определенной потенциальной энергией W. Отношение потенциальной энергии пробного заряда, помещенного в данную точку электрического поля (W), к величине этого заряда (q) называется электрическим потенциалом поля в данной точке и является энергетической характеристикой поля.

Единицей измерения электрического потенциала является Вольт (В).

Если пробный заряд q переносится в электрическом поле из точки А в точку Б, то при этом поле совершает работу A_АБ. Отношение этой работы к величине заряда называется разностью потенциалов или напряжением.

       Единицей измерения напряжения является Вольт.