Какими свойствами обладает электрическое поле?

Презентация на тему Тема Проводники и диэлектрики в электрическом поле Транскрипт

Тема: «Проводники и диэлектрики в электрическом поле»

Проводники Проводниками называются такие материалы, в которых имеются свободные носители электрических зарядов.

Заряд внутри проводника По принципу суперпозиции полей напряжённость внутри проводника равна нулю. Следовательно, поток напряженности через любую замкнутую поверхность внутри проводника равен нулю. Значит, и заряд внутри этой поверхности равен нулю.

Проводящая сфера A r1r1 r2r2 S1S1 S2S2 Докажем, что напряжённость поля в любой точке внутри сферы равна нулю. Возьмём произвольную точку А и построим два симметричных конуса с одинаковыми малыми углами при вершине, как показано на рисунке.

На поверхности сферы конусы вырезают малые сферические участки и, которые можно считать плоскими. A r1r1 r2r2 S1S1 S2S2, или Конусы подобны друг другу, так как углы при вершине равны. Из подобия следует, что площади оснований относятся как квадраты расстояний и от точки А до площадок и соответственно. Таким образом,

Заряды площадок равны A r1r1 r2r2 S1S1 S2S2 и Считая эти заряды точечными, найдём напряжённость, создаваемую в точке А:

Явление разделения разноимённых зарядов в проводнике, помещённом в электрическое поле, называется электростатической индукцией. Электростатическая индукция E

Эквипотенциальные поверхности Примерный ход эквипотенциальных поверхностей для определённого момента возбуждения сердца показан на рисунке. В электрическом поле поверхность проводящего тела любой формы является эквипотенциальной поверхностью. Пунктирные линии обозначают эквипотенциальные поверхности, цифры около них – величину потенциала в милливольтах.

Самыми известными электрическими рыбами являются электрический скат электрический угорьи

Диэлектрики Диэлектриками называются материалы, в которых нет свободных электрических зарядов. Существует три вида диэлектриков: полярные, неполярные и сегнетоэлектрики.

Поляризация диэлектриков Момент силы стремится повернуть диполь так, чтобы его ось была направлена по линии напряжённости поля. E

Напряжённость электрического поля внутри бесконечного пространства, полностью заполненного диэлектриком оказывается равной В среднем число диполей, ориентированных вдоль поля, больше, чем против поля. Поляризация диэлектриков

Физическая величина, равная отношению модуля напряжённости однородного электрического поля в вакууме к модулю напряженности электрического поля в однородном диэлектрике, заполняющем это поле, называется диэлектрической проницаемостью вещества: Е

Диэлектрическая проницаемость веществ Веществоε ε Газы и водяной пар Азот Водород Воздух Вакуум Водяной пар (при t=100 ºС) Гелий Кислород Углекислый газ Жидкости Азот жидкий (при t= –198,4 ºС) Бензин Вода Водород жидкий (при t= –252,9 ºС) Гелий жидкий (при t= –269 ºC) Глицерин 1,0058 1, , , ,006 1, , , ,4 1,9–2,0 81 1,2 1,05 43 Кислород жидкий (при t= –192,4 ºС) Масло трансформаторное Спирт Эфир Твердые тела Алмаз Бумага парафинированная Дерево сухое Лёд (при t= –10 ºС) Парафин Резина Слюда Стекло Титан бария Фарфор Янтарь 1,5 2,2 26 4,3 5,7 2,2 2,2–3,7 70 1,9–2,2 3,0–6,0 5,7–7,2 6,0–10, ,4–6,8 2,8

Конденсаторы Конденсатор электрический – система из двух или более электродов (обкладок), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. E

Применение диэлектриков Диэлектрики используются: Диэлектрики используются: 1) в науке и технике как электроизоляционные материалы, как конденсаторные материалы 2) в вычислительной технике 3) в оптике.

Литература О. Ф. Кабардин «Физика. Справочные материалы». О. Ф. Кабардин «Физика. Справочные материалы». А. А. Пинский «Физика. Учебное пособие для 10 класса школ и классов с углублённым изучением физики». А. А. Пинский «Физика. Учебное пособие для 10 класса школ и классов с углублённым изучением физики». Г. Я. Мякишев «Физика. Электродинамика классы». Г. Я. Мякишев «Физика. Электродинамика классы». Журнал «Квант». Журнал «Квант».

Классификация

Электрические поля бывают двух видов: однородные и неоднородные.

Однородноеэлектрическое поле

Состояние поля определяется пространственным расположением линий напряжённости. Если векторы напряжённости идентичны по модулю и они при этом сонаправлены во всех точках пространства, то электрическое поле – однородно. В нём линии напряжённости расположены параллельно.

В качестве примера является электрическое поле, образованное разноимёнными зарядами на участке плоских металлических пластин (см. рис. 2).

Рис. 2. Пример однородности

Неоднородное электрическое поле

Чаще встречаются поля, напряжённости которых в разных точках отличаются. Линии напряжённости у них имеют сложную конфигурацию. Простейшим примером неоднородности является электрический диполь, то есть система из двух разноимённых зарядов, влияющих друг на друга (см. рис. 3). Несмотря на то, что векторы напряжённости электрического диполя образуют красивые линии, но поскольку они не равны, то такое поле неоднородно. Более сложную конфигурацию имеют вихревые поля (рис 4). Их неоднородность очевидна.

Рис. 3. Электрический диполь Рис. 4. Вихревые поля

Электрическое поле

Рассмотренный ранее устанавливает количественные и качественные особенности взаимодействия точечных электрических зарядов в вакууме. Однако этот закон не дает ответа на весьма важный вопрос о механизме взаимодействия зарядов, т.е. посредством чего передается действие одного заряда на другой. Поиск ответа на этот вопрос привел английского физика М. Фарадея к гипотезе о существовании электрического поля, справедливость которой была полностью подтверждена последующими исследованиями. Согласно идее Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый из них создает в окружающем пространстве электрическое поле. Поле одного заряда действует на другой заряд, и наоборот.

Все сказанное позволяет дать следующее определение:

электрическое поле – это особый вид материи, посредством которого осуществляется взаимодействие электрических зарядов.

Свойства электрического поля

Электрическое поле материально, т.е. существует независимо от наших знаний о нем.

Порождается электрическим зарядом: вокруг любого заряженного тела существует электрическое поле.
Поле, созданное неподвижными электрическими зарядами, называется электростатическим.
Электрическое поле может быть создано и переменным магнитным полем. Такое электрическое поле называется вихревым.

Обнаружить электрическое поле можно по действию его на электрические заряды с некоторой силой.

Электрическое поле распространяется в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме.
Таким образом, если один из взаимодействующих зарядов переместить в другую точку пространства, то второй заряд почувствует изменение положения первого заряда не мгновенно, а спустя некоторый промежуток времени \(~\Delta t = \dfrac{l}{c}\), где с — скорость света в вакууме, l — расстояние между зарядами.

Поле электрического смещения

Окончательное уравнение векторных полей

В присутствии вещества полезно распространить понятие электрического поля на три векторных поля:

Dзнак равноεE+п{\ Displaystyle \ mathbf {D} = \ varepsilon _ {0} \ mathbf {E} + \ mathbf {P} \!}

где P — электрическая поляризация — объемная плотность электрических дипольных моментов , а D — поле электрического смещения . Так как Е и Р определены отдельно, это уравнение может быть использовано для определения D . Физическая интерпретация D не так ясна, как E (фактически поле, приложенное к материалу) или P (индуцированное поле из-за диполей в материале), но все же служит удобным математическим упрощением, поскольку уравнения Максвелла можно упростить в условия .

Учредительное отношение

В E и D полей связаны диэлектрической проницаемости материала, е .

Для линейных, однородных , изотропных материалов E и D пропорциональны и постоянны по всей области, нет зависимости от положения: для неоднородных материалов существует зависимость от положения по всему материалу:

D(р)знак равноεE(р){\ Displaystyle \ mathbf {D (г)} = \ varepsilon \ mathbf {E (r)}}

Для анизотропных материалов поля E и D не параллельны, и поэтому E и D связаны тензором диэлектрической проницаемости ( поле тензора 2-го порядка ) в компонентной форме:

Dязнак равноεяjEj{\ displaystyle D_ {i} = \ varepsilon _ {ij} E_ {j}}

Для нелинейных сред E и D непропорциональны. Материалы могут иметь различную степень линейности, однородности и изотропности.

Единицы измерения и формулы

Из указанного выше определения понятно, как найти напряженность электрического поля в некой точке:

E = F / q, где F — действующая на заряд сила, а q — величина заряда, расположенного в данной точке.

Если нужно выразить силу через напряженность, мы получим следующую формулу:

Направление напряженности электрического поля всегда совпадает с направлением действующей силы. Если взять отрицательный точечный заряд, формулы будут работать аналогично.

Поскольку сила измеряется в ньютонах, а величина заряда — в кулонах, единицей измерения напряженности электрического поля является Н/Кл (ньютон на кулон).

Принцип суперпозиции

Допустим, у нас есть несколько зарядов, которые взаимодействуют. Вокруг каждого существует свое электрическое поле. Тогда существует некая точка или область, в которой одновременно существует электрическое поле нескольких зарядов. Чему равна общая напряженность электрического поля, создаваемого этими зарядами?

Было установлено, что общая сила воздействия на конкретный заряд, расположенный в поле, является суммой сил, действующих на данный заряд со стороны каждого тела. Из этого следует, что и напряженность поля в любой взятой точке можно вычислить, просуммировав векторно напряженности, создаваемые каждым зарядом в отдельности в той же точке. Это и есть принцип суперпозиции.

Это правило корректно для любых полей, за некоторыми исключениями. Принцип суперпозиции не соблюдается в следующих случаях:

расстояние между зарядами очень мало — порядка 10-15м;
речь идет о сверхсильных полях с напряженностью более 1020в/м.

Но задачи с такими данными выходят за пределы школьного курса физики.

Проводники в электрическом поле

Проводниками называют вещества, в которых может происходить упорядоченное перемещение электрических зарядов, т. е. протекать электрический ток.

Проводниками являются металлы, водные растворы солей, кислот, ионизованные газы. В проводниках есть свободные электрические заряды. В металлах валентные электроны взаимодействующих друг с другом атомов становятся свободными.

Если металлический проводник поместить в электрическое поле, то под его действием свободные электроны проводника начнут перемещаться в направлении, противоположном направлению напряженности поля. В результате на одной поверхности проводника появится избыточный отрицательный заряд, а на противоположной – избыточный положительный заряд.

Эти заряды создают внутри проводника внутреннее электрическое поле, вектор напряженности которого направлен противоположно вектору напряженности внешнего поля. Под действием внешнего электростатического поля электроны проводимости в металлическом проводнике перераспределяются так, что напряженность результирующего поля в любой точке внутри проводника равна нулю. Электрические заряды расположены на поверхности проводника.

Важно!Если внутри проводника есть полость, то напряженность в ней будет равна нулю независимо от того, какое поле имеется вне проводника и как заряжен проводник. Внутренняя полость в проводнике экранирована (защищена) от внешних электростатических полей

На этом основана электростатическая защита.

Явление перераспределения зарядов во внешнем электростатическом поле называется электростатической индукцией.

Заряды, разделенные электростатическим полем, взаимно компенсируют друг друга, если проводник удалить из поля. Если такой проводник разрезать, не вынося из поля, то его части будут иметь заряды разных знаков.

Важно!Во всех точках поверхности проводника вектор напряженности направлен перпендикулярно к его поверхности. Поверхность проводника является эквипотенциальной (потенциалы всех точек поверхности проводника равны)

Природа явления

Глазами электрическое поле увидеть невозможно: его можно обнаружить по его действию на заряженные тела. При этом такое воздействие не требует прямого касания носителей потенциала, но имеет силовую природу. Так, наэлектризованные волосы будут тянуться к другим предметам.

Наблюдение за электрическими полями показывает, что они работают аналогично гравитационным. Описывается это законом Кулона, который в общем виде выглядит так:

F = q₁ q₂ / 4 π ε ε₀ r ²,

где q₁ и q₂ – величины зарядов в кулонах, ε – диэлектрическая проницаемость среды, ε₀ – электрическая постоянная, равная 8,854*10⁻¹² Ф/м, r — расстояние между зарядами в метрах, а F — сила, с которой заряды взаимодействуют, в ньютонах.

Таким образом, чем дальше от центра, тем меньше будет ощущаться воздействие поля.

Отобразить поле графически можно в виде силовых линий. Их расположение будет зависеть от геометрических характеристик носителя. Различают два вида полей:

Однородное, когда силовые линии расположены параллельно друг другу. Идеальный случай — это бесконечные параллельные заряженные пластины.
Неоднородное, частный случай которого — поле вокруг точечного или сферического заряда; его силовые линии расходятся радиально от центра, если он положительный, и к центру, если отрицательный.

Таковы основные свойства электрического поля. Чтобы ознакомиться с его характеристиками, стоит рассмотреть простейший вариант — электростатическое, которое формируется постоянными и неподвижными зарядами. Для удобства они будут точечными, чтобы их контуры не усложняли расчеты. Пробный заряд, который тоже будет фигурировать в дальнейшем, тоже будет точечным и бесконечно малым.

https://youtube.com/watch?v=kD-6e7fgvmY

Упражнения

Упражнение №1Куда будут двигаться отрицательно заряженные пушинки, попавшие в электрическое поле потертой мехом эбонитовой палочки?

Если мы натрем о мех эбонитовую палочку, то она обретет отрицательный заряд. Если она теперь имеет электрический заряд, значит, вокруг нее теперь существует электрическое поле. Отрицательно заряженные пушинки будут отталкиваться от эбонитовой палочки, так как палочка и пушинки имеют одноименные заряды.

Упражнение №2К заряженной гильзе поднесли палочку, имеющую заряд противоположного знака. Как будет меняться отклонение гильзы по мере приближения палочки? Почему?

Чем ближе мы будет подносить палочку к гильзе, тем сильнее последняя будет отклоняться — будет увеличиваться ее угол наклона. Происходить это будет потому, что при сокращении расстояния между палочкой и гильзой действие электрического поля будет усиливаться.

Электростатическое поле

Такой вид поля создается неподвижными зарядами. Подразумевается поддержание определенной напряженности, не меняющейся на протяжении определенного времени.

Индукция магнитного поля

Чтобы переместить заряд из первой точки во вторую, нужно учесть изменение расстояния r1 и r2. Понятно, что в данном случае не имеет значения траектория пути. В итоговой формуле нет косинуса угла. Кроме дистанции, остались только параметры потенциала вместе с постоянными величинами (π, e0).

Нижние рисунки демонстрируют равенство работ по перемещению заряда из «А» в «Б» по разным путям. В правой части показан пример с возвращением в исходную точку. Несмотря на отличия по отдельным отрезкам траектории (А1≠А2≠А3), итоговый результат будет равен нулю.

К сведению. Приведенные отношения характерны для статического поля в идеальных условиях. Изменяющиеся во времени силовые параметры и внешние воздействия оказывают влияние на итоговый результат (расчетный и практический).

Краткая история изучения электрического поля

Считается, что инженер и физик Шарль Кулон стал первым исследователем взаимодействия статичных зарядов. Именно он вывел принцип их взаимодействия. Фундаментом исследований Кулона стала теория гравитационного взаимодействия Исаака Ньютона.

Ганс Эрстед стал учёным, открывшим магнитные свойства электрического тока и поля, а благодаря Джеймсу Максвеллу мы знаем, что электрическое поле не может существовать без магнитного, которое и индуцирует его. Также Максвелл утвердил концепцию близкодействия электромагнитных взаимодействий.

Ганс Эрстед и Джеймс Максвелл

Тем не менее, электрическое поле стало объектом человеческих исследований задолго до последних веков. Ещё Фалес Милетский в 7 веке до нашей эры исследовал природу статического электричества.

В конце 19 века Джозефом Томсоном был открыт электрон – «живой» образец носителя электричества. Спустя годы Эрнст Резерфорд доказал место в структуре атомов, на котором располагаются электроны.

Свойства

У каждого такого явления есть определенные особенности, которые постоянно остаются неизменными. Так, какова бы ни была энергетическая характеристика электрического поля, можно выделить следующие его свойства:

Зрительно обнаружить такое явление невозможно, как и определить его параметры. Для этого необходимы специальные приборы.
Любое электрическое поле обладает некоторым воздействием на заряды, при помощи которых и возникает. Они же влияют на его обнаружение.
Электрическое поле абсолютно реально и материально. Оно существовало и будет существовать вне зависимости от наших представлений, верований, знаний и так далее.
Любое электрическое поле обладает такими характеристиками, как напряженность, потенциал и напряжение.

Современная наука уже умеет сознательно создавать такие явления и даже управлять ими в определенных пределах, но еще очень далека от того, чтобы полноценно поставить их на службу человеку.

Что собой представляет этот вид поля

Чтобы это понять, давайте с Вами прежде разберёмся в его свойствах и проявлениях. Как Вы должны знать, электрическое поле проявляет себя тогда, когда возникает перераспределение электрических зарядов между телами. Точнее, когда в силу некоторых обстоятельств одного вида заряда становится больше или меньше, по отношению к противоположному. Тогда одни тела начинают притягиваться либо отталкивать другие на расстоянии.

Поскольку в промежутке этого расстояния нет плотных тел, то, следовательно, можно утверждать о существовании невидимого поля. Ну, а поскольку данное поле связанно с электрическими явлениями, то и поле стали называть электрическим. В целом же, электрическое поле (как и другие виды полей) существуют везде и вокруг всего, только из-за их скомпенсированости взаимодействия друг на друга и невидимости невооруженным глазом создаётся впечатление, будто они появляются.

Таблица Сравнение электрического и магнитного полей.

К свойствам электрического поля можно отнести:

невидимость (их определение происходит через поведение пробного электрического заряда);
электрические поля взаимодействуют только лишь с электрическими полями;
оно имеет векторное направление;
может притягивать либо отталкивать;
существует всегда вокруг заряженных частиц (в отличие от магнитного поля);
обладает свойством концентрации и неоднородности (напряженность).

Как было упомянуто выше, электрическое поле определяется при помощи пробного точечного заряда. Если электрический заряд (пробный заряд) обладает электрическим полем внести в интересующую нас точку пространства, можно выяснить — если в данном месте электрическое поле. Если начнёт действовать электрическая сила, то значит, в этой точки поле есть. Интенсивность данного электрического поля будет характеризовать напряженность поля.

Силы, которые действуют на один и тот же точечный электрический заряд будут отличатся по направлению и величине в различных точках электрического поля.

Поэтому и было целесообразно ввести силовую характеристику любой точки данного поля, созданного зарядом. К сожалению, сила «F» (Кулона) подобной характеристикой послужить не может, поскольку для одной точки поля эта сила будет прямо пропорциональна величине точечного заряда.

Будет интересно Что такое триггер в электронике — подробно разбираемся в терминах

Было принято считать силовой характеристикой точки электрического поля «E». Она стала называться напряжённостью электрического поля. Напряжённость измеряется силой, с которой электрическое поле действует на единичный положительный заряд, что был внесён в некую точку определяемого поля в пространстве.

Напряженность является векторной величиной. Напряжённость электрического поля измеряется в Ньютонах на Кулон или в Вольтах на метр. Электрические поля, это неотъемлеммая составляющая всего существующего в мироздании, и лишь в силу нашей ограниченности восприятия мира, поля воспринимаются нами, как нечто загадочное и непонятное.

Течение жидкости в поле.

Примеры электрических полей

Основными электрическими свойствами материалов физических объектов, проявляющимися при взаимодействии объектов с электрическим полем, являются электрическая проводимость и поляризуемость. Оба свойства определяются наличием или отсутствием в материале свободных носителей электрических зарядов – электронов или ионов, что, в свою очередь, обусловлено следующим строением атомов вещества, объединенных в молекулы и кристаллы.

Электроны атомов, вращающиеся вокруг ядра по определенным (разрешенным) орбитам, обладают некоторой энергией или, иначе говоря, занимают определенные энергетические уровни. Совокупностью этих уровней образуются энергетические зоны разрешенных уровней, а между ними находятся зоны запрещенных уровней.

Нижние разрешенные зоны до конца заполнены электронами, располагающимися ближе к ядру и подверженными меньшему воздействию со стороны атомов. Для объяснения электрических свойств твердых тел эти зоны существенного значения не имеют. С этой точки зрения представляет интерес валентная зона, заполненная валентными электронами, испытывающими наибольшее воздействие других атомов, большое расщепление уровней. Эти электроны относительно легко переходят от одного атома к другому, обусловливая образование разноименно заряженных ионов и создание химических соединений отдельных атомов в молекулы и кристаллы.

Источник поля.

Электроемкость, конденсатор и напряженность электрического поля

Величина С, равная заряду q, который требуется сообщить проводнику с целью повышения его потенциала, называется электроёмкостью.

Размер и форма проводника формируют величину электроёмкости, как и свойства диэлектрика, который разделяет проводники. В физике имеет значение один тип систем, сосредоточивающий электрическое поле в определённой месте пространства. Он носит название «конденсатор», который, в свою очередь, состоит из проводников, именуемых обкладками.

Данный тип систем являет собой конфигурацию проводников, которую составляют две плоские проводящие пластины, расположенные параллельно друг другу на маленьком расстоянии и отграниченные слоем диэлектрика.

Напряженность электрического поля

Недостаточно утверждать, что электрическое поле существует. Надо ввести количественную характеристику поля. После этого электрические поля можно будет сравнивать друг с другом и продолжать изучать их свойства. Электрическое поле обнаруживается по силам, действующим на электрический заряд. Можно утверждать, что мы знаем о поле все, что нужно, если будем знать силу, действующую на любой заряд в любой точке поля. Поэтому надо ввести такую характеристику поля, знание которой позволит определить эту силу.

Для изучения электрического поля будем использовать пробный заряд.

Под пробным зарядом будем понимать положительный точечный заряд, не изменяющий изучаемое электрическое поле.

Пусть электрическое поле создается точечным зарядом q. Если в это поле внести пробный заряд q₁, то на него будет действовать сила \(~\vec F\).

Обратите внимание, что в данной теме мы используем два заряда: источник электрического поля q0 и пробный заряд q1. Электрическое поле действует только на пробный заряд q1 и не может действовать на свой источник, т.е. на заряд q0

на заряд q0.

Согласно закону Кулона эта сила пропорциональна заряду q₁:

\(~ F = k \cdot \dfrac{q_0 \cdot q_1}{r^2}\) .

Поэтому отношение силы, действующей на помещаемый в данную точку поля заряд q₁, к этому заряду в любой точке поля:

\( \dfrac{F}{q_1} = k \cdot \dfrac{q_0}{r^2}\) , —

не зависит от помещенного заряда q₁ и может рассматриваться как характеристика поля. Эту силовую характеристику поля называют напряженностью электрического поля.

Подобно силе, напряженность поля – векторная величина, ее обозначают буквой \(~\vec E\) .

Напряженность поля равна отношению силы, с которой поле действует на точечный заряд, к этому заряду:

\(~\vec E = \dfrac{\vec F}{q}\) .

Сила, действующая на заряд q со стороны электрического поля, равна\ .

Если в точке А заряд q > 0, то векторы \(~\vec E_A\) и \(~\vec F_A\) направлены в одну и ту же сторону; при q < 0 эти векторы направлены в противоположные стороны.

От знака заряда q, на который действует поле, не зависит направление вектора \(~\vec E_A\), а зависит направление силы \(~\vec F_A\) (рис. 1, а, б).

Рис. 1

В СИ напряженность выражается в ньютонах на кулон (Н/Кл).

Значение напряженности электрического поля, созданного:

точечным зарядом q, на расстоянии r от заряда в точке C (рис. 2) равно

\(~E = k \cdot \dfrac{|q|}{r^2}\) .

Рис. 2
сферой радиуса R с зарядом q, на расстоянии l от центра сферы в точке C (рис. 3), равно

\(~E = k \cdot \dfrac{|q|}{l^2}\) , если l ≥ R;

\(~E = 0\) , если l < R.

Рис. 3
заряженной бесконечной пластиной с поверхностной плотностью заряда σ, равно

\(~E = \dfrac{|\sigma|}{2 \varepsilon_0}\) ,

где \(~\sigma = \dfrac{q}{S}\) , q – заряд плоскости, S – площадь плоскости.

Принцип суперпозиции полей

А чему будет равна напряженность в некоторой точке электрического поля, созданного несколькими зарядами q₁, q₂, q₃, …?

Поместим в данную точку пробный заряд q. Пусть F₁ — это сила, с которой заряд q₁ действует на заряд q; F₂ — это сила, с которой заряд q₂ действует на заряд q и т.д. Из динамики вы знаете, что если на тело действует несколько сил, то результирующая сила равна геометрической сумме сил, т.е.

\(~\vec F = \vec F_1 + \vec F_2 + \vec F_3 + \ldots\) .

Разделим левую и правую часть уравнения на q :

\(~\dfrac{\vec F}{q} = \dfrac{\vec F_1}{q} + \dfrac{\vec F_2}{q} + \dfrac{\vec F_3}{q} + \ldots\) .

Если учтем, что \(\dfrac{ \vec F}{q} = \vec E\), мы получим, так называемый, принцип суперпозиции полей

напряженность электрического поля, созданного несколькими зарядами q1, q2, q3, …, в некоторой точке пространства равна векторной сумме напряженностей \(\vec E_1 , \, \vec E_2 , \, \vec E_3\), … полей, создаваемых каждым из этих зарядов:

\(~\vec E = \vec E_1 + \vec E_2 + \vec E_3 + \ldots\) .

Благодаря принципу суперпозиции для нахождения напряженности поля системы точечных зарядов в любой точке достаточно знать выражение для напряженности поля точечного заряда. На рисунке 4, а, б показано, как геометрически определяется напряженность \(~\vec E\) поля, созданного двумя зарядами.

Рис. 4

Для определения напряженности поля, создаваемого заряженным телом конечных размеров (не точечных зарядов), нужно поступать следующим образом. Мысленно разделить тело на маленькие элементы, каждый из которых можно считать точечным. Определить заряды всех этих элементов и найти напряженности полей, созданных всеми ими в заданной точке. После этого сложить геометрически напряженности от всех элементов тела и найти результирующую напряженность поля. Для тел сложной формы это трудная, но в принципе разрешимая задача. Для ее решения нужно знать, как заряд распределен на теле.

Электрический диполь

Данный термин обозначает элементарную совокупность точечных зарядов, которые имеют системные признаки. Диполем называется сумма зарядов, противозначных, но равных по величине, и сдвинутых один от другого на определённое расстояние.

Диполи бывают разные, но наибольшее внимание физическая наука уделяет точечным диполям. Так называются диполи, которые характеризуются пренебрежимо маленьким расстоянием от отрицательного заряда до положительного

Если в теории совокупность зарядов разделить на множество частей, её можно будет рассматривать как систему электрических диполей.

Электрический дипольный момент

Что такое электрическое поле

Долгое время ученые не могли толком объяснить, как именно заряженные тела взаимодействуют друг с другом, не соприкасаясь. Майкл Фарадей первым выяснил, что между ними есть некое промежуточное звено. Его выводы подтвердил Джеймс Максвелл, который установил, что для воздействия одного такого объекта на другой нужно время, а значит, они взаимодействуют через «посредника».

В современной физике электрическое поле — это некая материя, которая возникает вокруг заряженных тел и обусловливает их взаимодействие. Если речь идет о неподвижных объектах, поле называют электростатическим.

Тела, имеющие одноименные заряды, будут отталкиваться, а разноименные — притягиваться.

Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова
Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков
Получить

Электрическое поле и его основные свойства

Определение 1

Электрическое поле – это физическое поле, окружающее каждый электрический заряд и оказывающее силовое воздействие на все другие заряды.

Основные свойства электрического поля:

Электрическое поле материально, то есть оно существует независимо от знаний человека.
Электрическое поле создается электрическими зарядами.
Электрическое поле обнаруживается благодаря взаимодействию заряженных тел.
Электрическое поле действует на электрические заряды с некоторой силой.
Электрическое поле невидимо, но может быть обнаружено при помощи специальных приборов.
Электрическое поле — составляющая единого электромагнитного поля.
Для количественного определения вводится силовая характеристика — напряженность электрического поля.

Определение 2

Напряженность электрического поля – это физическая величина, равная отношению силы, с которой поле действует на пробный положительный заряд, к величине этого заряда.

К важным параметрам электрического поля относятся напряжение и потенциал. Потенциал представляет собой отношение потенциальной энергии заряженного тела в электростатическом поле к величине данного заряда и является энергетической характеристикой электрического поля. Электроны и прочие элементарные частицы всегда осуществляют свое движение от точки, которая обладает более высоким потенциалом, к точкам с более низким, при этом часть энергии затрачивается на перемещение. Для того, чтобы поддерживать упорядоченное движение заряженных тел, на концах проводника должна поддерживаться разница потенциалов — напряжение. Чем больше данная разница, тем мощнее электрический ток на участке. Задача по поддержанию необходимой разницы потенциалов решается источниками энергии.