Наглядное представление полей

Силовые поля могут быть представлены с помощью линий напряженности – так называемых силовых линий (рис. 9.2).

Рис. 9.2. К понятию силовой линии

Длина силовой линии не имеет физического смысла. Физический смысл имеет лишь густота силовых линий. По картине силовых линий поля можно разделить на однородные и неоднородные.

Поле называется однородным, если его напряженность во всех точках одинакова. Силовые линии такого поля параллельны друг другу и равномерно распределены в пространстве. Например, однородными являются гравитационное поле Земли вблизи ее поверхности и электростатическое поле в плоском конденсаторе (вдали от краев) – рис.9.3.

Рис. 9.3. Однородное электростатическое поле

В неоднородных полях напряженность зависит от величины и направления радиус-вектора, проведенного от источника поля в исследуемую точку. Силовые линии неоднородных полей, в частности, могут быть расходящимися (например, электрическое поле неподвижного положительного точечного заряда (рис. 9.4) или сходящимися (например, электрическое поле неподвижного отрицательного заряда или гравитационное поле неподвижной точечной массы – рис. 9.5), а также вихревыми – с замкнутыми силовыми линями (например, магнитное поле прямого тока – рис. 9.6).

Рис.9.4. Электростатическое поле точечного положительного заряда

Рис. 9.5. Электростатическое поле точечного отрицательного заряда (гравитационное поле точечной массы)

Линии напряженности гравитационных и электростатических полей являются именно силовыми, так как касательная к силовой линии в любой точке совпадает с вектором напряженности поля и с вектором силы, действующей на пробное тело в данной точке поля.

Линии напряженности вихревых магнитных полей (рис.9.6), строго говоря, силовыми не являются, так как не показывают направление силы, действующей на элементарный ток или движущийся заряд, находящиеся в данной точке поля. Как будет показано ниже (см., например, рис. 11.7), вектор магнитной силы перпендикулярен к вектору индукции магнитного поля , который направлен по касательной к силовым линиям.

Рис. 9.6. Вихревое магнитное поле прямого тока.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Правильно ли утверждение: «Силовая линия электростатического поля есть траектория движения положительного заряда»?

2. В каком случае напряженность электрического поля в некоторой точки и сила, действующая на заряд в той же точке, противоположны по направлению?

3. Правильно ли утверждение: «Силовая линия магнитного поля есть траектория движения положительного заряда»?

4. В каком гипотетическом случае магнитные силовые линии могли бы быть расходящимися (сходящимися)?

5. Назовите возможные источники однородного электростатического поля?

6. Назовите возможные источники однородного магнитостатического поля?

7. Может ли электрическое поле быть вихревым? Если «да», то в каком случае?