СИЛОВЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Электростатика – раздел физики, в котором изучается взаимодействие и условия равновесия (покоя) электрических зарядов, неподвижных относительно инерциальной системы отсчета.

Несмотря на разнообразие веществ, в природе существует только два вида электрических зарядов. Один из них условно называют отрицательным, а второй – положительным. Электрический заряд тела величина релятивистски инвариантная, т.е. не зависит от того движется тело или покоится. Электрический заряд любого тела дискретен и кратен элементарному электрическому заряду e = 1,6 ∙10-19.

 

q = Ne (1)

 

Всякий процесс электризации тел сводится к разделению зарядов, при этом в одном месте образуется избыток положительных, а в другом отрицательных зарядов. В замкнутой (изолированной) системе тел алгебраическая сумма зарядов остается неизменной при любых процессах, протекающих внутри этой системы. Это закон сохранения заряда.

В основе электростатики лежит закон Кулона, который определяет силу взаимодействия двух точечных зарядов q1 и q2, расположенных на расстоянии r1,2 друг от друга:

 

, (2)

 

где ε0 = 8,85·10-12 Ф/м – диэлектрическая постоянная; ε – диэлектрическая проницаемость среды.

 

 

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ

СИЛОВЫЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Согласно представлениям современной физики воздействие одного заряда на другой передается через электростатическое поле – особую бесконечно простирающуюся материальную среду, которую создает вокруг себя каждое заряженное тело. Электростатические поля не могут быть обнаружены органами чувств человека. Однако, на заряд, помещённый в поле, действует сила прямо пропорциональная величине этого заряда. Т.к. направление силы зависит от знака заряда, то условились использовать для исследования полей, так называемый, пробный заряд q0. Это положительный, точечный заряд, который помещают в интересующую нас точку электрического поля. Соответственно в качестве силовой характеристики поля целесообразно использовать отношение силы к величине пробного заряда q0:

 

. (3)

 

Эта постоянная для каждой точки поля векторная величина равная силе, действующей на единичный, положительный заряд называется напряженностью. Для поля точечного заряда q на расстоянии r от него:

 

, (4)

 

Направление вектора совпадает с направлением силы, действующей на пробный заряд. [E] = Н / Кл или В/м.

В диэлектрической среде сила взаимодействия между зарядами, а значит и напряженность поля, уменьшается в ε раз:

 

, . (5)

 

При наложении друг на друга нескольких электростатических полей, результирующая напряженность определяется как векторная сумма напряженностей каждого из полей (принцип суперпозиции):

 

. (6)

 

Графически распределение электрического поля в пространстве изображается с помощью силовых линий. Эти линии проводятся так, чтобы касательные к ним в любой точке совпадали с . Это означает, что вектор силы, действующей на заряд, а значит и вектор его ускорения, тоже лежат на касательных к силовым линиям, которые нигде и никогда не пересекаются. Силовые линии электростатического поля не могут быть замкнутыми. Они начинаются на положительном и заканчиваются на отрицательном зарядах или уходят в бесконечность.