Суперпозиции для электростатического поля

Электрические заряды взаимодействуют между собой посредством силового поля, которое в нашем случае неподвижных электрических зарядов называется электростатическим. Подчеркнём, что поле – это физическая реальность, а не абстракция, придуманная физиками для описания взаимодействия между заряженными телами.

Проведём мысленный эксперимент. Пусть у нас есть заряд Q, который создаёт вокруг себя электрическое поле. Поместим на расстоянии r от нашего заряда заряд q₁. В соответствии с законом Кулона на заряд q₁ будет действовать сила . Уберём заряд q₁ и в это же место поместим заряд q₂. На него будет действовать сила . И сколько бы мы не продолжали опыт, помещая в одно и то же место разные заряды q_i, величина силы, действующей на этот, пробный заряд, зависит от величины заряда:

……………………

Однако, как нетрудно видеть, отношение силы, действующей на заряд, помещённый в данную точку поля, к величине этого заряда, не зависит от величины этого заряда и является одним и тем же для всех зарядов.

……………………

Таким образом, это отношение может служить характеристикой поля, создаваемого точечным зарядом Q в данной точке, и эта характеристика называется напряжённостью поля в данной точке и определяется как

. (1.3)

Из формулы (1.3) следует определение напряженности поля – это есть сила, действующая на единичный положительный заряд, помещённый в данную точку поля. Подчеркнём, что напряжённость поля – это есть основная, силовая характеристика поля. Размерность напряжённости . Чаще используется, однако, другая размерность, эквивалентная первой, а именно – полное название (В/м). Напряжённость поля точечного заряда q, как это следует из приведенного вывода, определяется как

. (1.4)

Направление вектора Е в данной точке поля будет направлено от положительного заряда и к отрицательному заряду. Графически электростатическое поле изображают при помощи линий напряжённости – это линии, касательная к которым в каждой точке поля совпадает по направлению с напряжённостью поля в данной точке.

Из опыта известно, что если поле в некоторой точке создаётся системой точечных зарядов, то результирующая напряжённость равна векторной сумме напряжённостей полей, создаваемых в этой точке каждым из зарядов в отдельности. Это положение называется принципом суперпозиции для электростатического поля

. (1.5)