Теоретический материал

Практическое занятие № 21

Тема: «Электрическое поле. Напряженность электрического поля».

Цели: 1) сформировать понятия электрического поля, напряжённости электрического поля как силовой характеристики электрического поля; дать понятие о линиях напряжённости и графическое представление электрического поля;

2) закрепить навыки и умения применять формулу в решении несложных задач на расчёт напряжённости, величины пробного заряда и силы, с которой электрическое поле действует на пробный заряд (q).

Оборудование: тетрадь для практических работ, ручка, методические рекомендации по выполнению работы и сборник задач по физике для профессий и специальностей технического профиля В.Ф. Дмитриева.

Указание. Работа состоит из двух частей – теоретической и практической. После изучения теоретического материала можно приступить к выполнению практической части. Она состоит из одной или более заданий для самостоятельного выполнения.

Порядок выполнения работы

1. Рассмотрите теоретический материал и подготовьте ответы на вопросы для подготовки к занятию.

2. Рассмотрите методические указания к решению типовых задач. Для этого откройте сборник задач по физике для профессий и специальностей технического профиля В.Ф. Дмитриева на стр.97 – 99 № 1-3.

3. Решите задачи для самостоятельного решения. Не забывайте о правильном оформлении задач

Теоретический материал

Электрическое поле.   Подвесим на нити заряженную гильзу и поднесём к ней заряженную эбонитовую палочку (рис. 1.). Мы увидим, что даже при отсутствии непосредственного контакта гильза на нити отклоняется от вертикального положения и притягивается к палочке. Это означает, что заряженные тела способны взаимодействовать на расстоянии.

Посредством чего осуществляется взаимодействие заряженных тел? Взаимодействие тел осуществляется посредством поля. На этот вопрос ответили английские физики:

Майкл Фарадей: (в первой половине 19-го века ввел представление о поле) – взаимодействие заряженных тел осуществляется посредством электрического поля: каждое заряженное тело создаёт поле, которое действует на другие заряженные тела.

Дж.К.Максвелл: электрическое и магнитное поля являются частными случаями электромагнитного поля, следовательно, электромагнитное поле распространяется в пространстве в виде волн. Вычисленная Максвеллом скорость распространения электромагнитных волн совпала со скоростью света (), из чего Максвелл заключил, что свет – это электромагнитные волны.

В конце 19-го века существование электромагнитных волн подтвердил на опыте немецкий физик Генри Герц.

Электрическое поле представляет собой особый вид материи, связанный с электрическими зарядами и передающий действия зарядов друг на друга.

Основные свойства электрического поля:

1. Электрическое поле, окружающее один из зарядов, действует на первый с некоторой силой на другой заряд, помещённый в это поле. И наоборот, электрическое поле второго заряда действует на первый. Разноименно заряженные тела притягиваются, и силы, действующие на них, направлены вдоль прямой, соединяющей тела, навстречу друг другу. Одноименные заряды отталкиваются, и приложенные к ним силы направлены в противоположные стороны (рис.2.).

2. Вблизи заряженных тел действие электрического поля сильнее, а при удалении от них электрическое поле ослабевает.

Рис. 2. Направление электрических сил

Электрическое поле можно обнаружить, если в пространстве, окружающий заряд q, внести другой заряд. Обычно для исследования свойств поля пользуются положительным зарядом, который называют пробным и обозначают

Напряжённость электрического поля. Напряженность E – основная векторная характеристика электрического поля, равная силе F, действующей на единичный положительный точечный заряд q, помещенный в данную точку поля, и направленная в сторону действия этой силы. Электрическое поле считается заданным, если известна в каждой точке пространства величина и направление вектора E. При этом все остальные характеристики электрического поля могут быть вычислены через напряженность.

 По определению напряжённость электрического поля: , где r - расстояние от заряда q, создающего поле, до точки поля, в которой определяется напряжённость.

В СИ напряжённость электрического поля выражается в ньютонах на кулон:

Линии напряжённости. Электрическое поле графически удобно представлять силовыми линиями. Силовыми линиями, или линиями напряжённости поля, называют линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с вектором напряжённости в данной точке поля.

Наглядное проявление существования электрического поля можно наблюдать на опыте (рис.3). Если мелкие кусочки волос или шерсти насыпать на стеклянную пластинку, которую поместить над заряженным телом, то мелкие кусочки волос под действием электрического поля переориентируются. Они расположатся вдоль силовых линий электрического поля.

Принято считать, что силовые линии электрического поля направлены от положительного заряда к отрицательному, т.е. выходят из положительного заряда, а входят в отрицательный заряд (рис.4).

 

Рис. 3. Визуализация силовых линий электрического поля

Линии напряжённости никогда не пересекаются. По густоте силовых линий можно судить о величине электрического поля: чем гуще линии, с тем большей силой электрическое поле действует на заряд.

Рис.4. Силовые линии поля, создаваемого положительно (а) и отрицательно (б) заряженными частицами.

Силовые линии двух взаимодействующих зарядов выглядят так, как показано на рисунках.