Лекция 3

Напряженность электрического поля

План:

1.Понятие напряженности

Рассмотрим систему точечных зарядов, которые создают поле, и в это поле поместим пробный заряд.

   

Выражение справа зависит только от исходного положения зарядов и от положения исследуемой точки, следовательно, это характеристика поля, создаваемого электрическим зарядом.

Эту характеристику назвали напряженностью .


Напряженностью электростатического поля называется физическая величина, равная отношению силы, действующей со стороны поля на пробный заряд к величине этого заряда.



К данному определению надо подходить с некоторой осторожностью, т.к. любой заряд вносит искажения в существующее поле, а устремление пробного заряда к нулю невозможно, т.к. существует минимальный электрический заряд. формальной точки зрения лучше исходить из следующего определения.

Напряженностью электростатического поля системы точечных зарядов называется функция зарядов – источников поля,определенная следующим образом.
   


Первое определение в этом случае используется для указания силы, действующей на заряд.

2.Единица напряженности





1 В/м–единица СИ напряженности электрического поля, равная напряженности такого однородного поля, в котором между двумя точками, находящимися на расстоянии 1 м вдоль линии поля существует разность потенциалов 1 В.


3.Принцип суперпозиции

Для напряженности также как и для силы выполняется принцип суперпозиции, т.е. напряженность поля, созданная системой зарядов, равна сумме напряженностей создаваемых каждым зарядом в отдельности.

4.Напряженность поля заряженного тела

Если поле создано не точечными зарядами, а телом, то поступают также как и в механике. Мысленно разбивают тело на большое число элементов, заменяют каждый элемент материальной точкой и, устремляя размер элемента к нулю, переходят от суммирования к интегрированию.

         

5.Напряженность точечного заряда

Расходимость в нуле не должна настораживать, т.к. точечный заряд – это идеализация, а для любого реального распределения заряда, как будет показано ниже, бесконечностей нет.

6.Понятие о поле

При данном определении напряженности поля возникает вопрос: поле – это объективная реальность или это математическое построение?

Находясь в рамках электростатики, на данный вопрос ответить нельзя, т.к. не существует поля без заряда.

Ответ на поставленный вопрос будет дан в рамках электродинамики, когда будет показано, что поле может существовать и без заряда. Пока ограничимся утверждением, что понятие поля имеет физический смысл, и если мы знаем напряженность поля в каждой точке, то, вычислив силу, будем знать, что будет происходить с заряженным телом, помещенным в это поле.

7.Графическое представление поля

Для изображения поля используют 2 способа:

1.С каждой точки пространства можно связать вектор напряженности.

    

2.Показать линии напряженности или силовые линии, т.е. линии касательные к которым в каждой точке совпадают с векторами напряженности.

Эти линии гладкие, без изломов, непрерывные. Они начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных. Чем они гуще, тем выше напряженность.

Пример: поля одинаковых по модулю разноименных и одноименных зарядов

br

Линии напряженности могут быть экспериментально показаны.

8.Пример: Поле полусферы