Теоретическое введение. Основными характеристиками электростатиче­ского поля являются напряженность и потенциал

Основными характеристиками электростатиче­ского поля являются напряженность и потенциал .

Напряженность в данной точке поля равна по величине силе, действующей со стороны поля на пробный точечный единичный положительный заряд , помещенный в данную точку поля, а по направлению совпадает с этой силой:

Понятие потенциала для электростатического поля следует из определения работы сил электростатического поля по перемещению пробного точечного единичного положительного заряда из одной точки в другую, а именно разность потенциалов ( ) для точек (1) и (2) равна по величине работе по перемещению заряда из точки (1) в точку (2):

.

Если принять, что потенциал в какой-либо точке поля равен нулю (например, для поля точечного заряда полагают потенциал равным нулю на бесконечности, т.е. ), то можно определить абсолютное значение потенциала в любой точке (1) следующим образом:

.

Из приведенного определения потенциала электростатического поля следует, что работа поля по элементарному перемещению единичного положительного заряда равна по величине убыли потенциала поля при этом перемещении от одной точки к другой, т.е.

Этой работе может быть сопоставлена убыль потенциальной энергии заряда в электростатическом поле:

Отсюда

Из этого выражения следует еще одно определение потенциала электростатического поля:

разность потенциалов для двух точек электростатического поля численно равна разности потенциальных энергий единичного заряда в этих двух точках электростатического поля.

В отличие от напряженности , как силовой характеристики, потенциал является энергетической характеристикой поля.

Напряженность и потенциал электростатического поля связаны между собой. Эта связь выражается следующим образом:

, где

+ + ,

+ + .

Отсюда следует, что

.

Выражение означает, что проекция вектора на ось Ох равна скорости убывания потенциала вдоль этой оси Ох. Аналогичный смысл имеют выражения и

Из соотношения следует, что вектор напряженности направлен в сторону наибольшей скорости убывания потенциала .

Электростатическое поле может быть изображено графически с помощью силовых линий (линий напряженности поля) или с помощью эквипотенциальных поверхностей. Силовая линия – это такая линия, касательная к которой в каждой точке совпадает с направлением вектора напряженности поля . Эквипотенциальной называется поверхность, являющаяся геометрическим местом точек поля, имеющих равный потенциал. Силовые линии и эквипотенциальные поверхности в точках их пересечения взаимно перпендикулярны. Это свойство дает возможность по эквипотенциальным поверхностям электрического поля построить его силовые линии.

В данной лабораторной работе изучение графического способа описания электростатического поля основано на аналогичной возможности для электрического поля по экспериментальной найденным конфигурациям эквипотенциальных поверхностей проводить построение силовых линий этого поля.