2020-06-08
173
Напряженность электрического поля
Электрическое поле
Поле выполняет роль передатчика взаимодействия между телами.
Современная физика широко пользуется понятием поля (гравитационного, электростатического, магнитного, электромагнитного и др.), связанного с материальным носителем того или иного взаимодействия.
Дать четкое, логически безупречное определение "поля" – значит выразить понятие поля через какие-то более "первичные" понятия. Но понятие "поле" само относится к первичным понятиям.
Попробуйте в геометрии дать определение точки или прямой линии.
Такое же положение вещей имеет место и в случае понятия "поля". Это настолько первичное, настолько фундаментальное понятие, что невозможно дать какое-либо четкое определение, которое исчерпывало его сущность.
Под гравитационным полем понимают тот материальный объект, который осуществляет взаимодействие тел по закону всемирного тяготения; под электростатическим полем – тот, который осуществляет взаимодействие между заряженными телами по закону Кулона и т. д.
Поле – это некая субстанция (объективная реальность), существующая в пространстве, с помощью которой осуществляется взаимодействие между заряженными телами.
Вещество (частицы или тела как совокупности частиц) и поля – две формы единой материи, известные физике настоящего времени.
Поля, как все другие материальные объекты, существуют в пространстве и во времени, т.е. пространство и время являются формами существования полей как одной из форм материи. Отсюда ясно, что любое поле занимает какую-то часть пространства, как-то распределено в пространстве, но не сводится к пространству.
Поля имеют свои физические характеристики, которые можно измерить экспериментально.
Рассмотрение электрического взаимодействия основывается на теории близкодействия, т.е. взаимодействие между заряженными частицами или телами распространяется с конечной скоростью, равной скорости света. В вакууме эта скорость равна 3·108 м/с.
Трудности понимания смысла представлений о полях чаще всего связаны не с "физическими" причинами. Поле – "самостоятельная" форма материи, не сводимая ни к каким другим. Какими бы сложными не показались поначалу представления о полях, к ним следует "привыкнуть", помня, что без них не удается объяснить целый ряд физических фактов.
Мы не сомневаемся в существовании тех предметов или тел (материя в форме вещества), которые можно "пощупать". "увидеть" и т. д., т. е. таких, которые непосредственно воспринимаются нашими органами чувств. Тем не менее, в природе существуют и другие объекты, "скрытые" от непосредственного восприятия. К их числу относятся и поля.
Не нужно упорствовать, ссылаясь на "непонятность", неосязаемость поля. Таких "непонятных" с первого взгляда фактов в современной физике много, поэтому их нужно взять на вооружение и умело использовать, изучая мир явлений природы.
Физический эксперимент наших дней перестал доверять только органам чувств, он оснащается точнейшими и чувствительнейшими измерительными приборами, которые расширяют возможности человека.
Напряженность электрического поля
Всякий электрический заряд q изменяет свойства окружающего его пространства – создает в нем электрическое поле. Это поле проявляет себя в том, что на помещенный какую-либо его точку пробный заряд q пр начинает действовать сила 
(рис.22.1.1).
Для описания электростатического поля используется векторная силовая (динамическая) величина 
, называемая напряженностью электрического поля. В каждой точке электростатического поля напряженность имеет определенное направление и числовое значение (модуль).
В СИ единицей измерения напряженности E является В/м (вольт/метр).
Чем бы ни было создано электрическое поле (точечным зарядом, совокупностью точечных зарядов, заряженными телами произвольной формы), во всех случаях модуль силы, с которой поле действует на точечный заряд q 0, равна по величине произведению модуля заряда на модуль напряженности поля в той точке, где находится заряд q 0
F = q 0 E. (22.1.1)
 |
Пусть в некоторой точке А электростатического поля (Рис.22.1.2а), созданного каким-то заряженным телом (источником поля, не показанном на рисунке), напряженность электростатического поля равна
. При помещении в точку А положительного точечного заряда + q 0 на него со стороны поля действует сила 
, т.е. модуль этой силы FA = q 0 EA, а направление её совпадает с направлением напряженности (Рис.22.1.2б).
При помещении в точку А отрицательного точечного заряда –q 0 на него действует сила 
, т.е. модуль этой силы FA = q 0 EA, а направление её противоположно направлению напряженности (Рис.22.1.2в).
Принцип суперпозиции полей
Если электростатическое поле создано несколькими источниками (заряженными телами), то результирующая напряженность этого поля определяется принципом суперпозиции полей:
напряженность электростатического поля , созданного в данной точке несколькими источниками, равна векторной сумме напряженностей полей 
, созданных в этой точке каждым источником в отдельности,
. (22.1.2)
Если в эту точку поместить точечный заряд q 0, то действующая на него сила со стороны электрического поля
. (22.1.3)
Модель "поля" объясняет взаимодействие между заряженными телами в два этапа. Сначала вычисляется напряженность поля, созданного одним зарядом, в той точке пространства, где находится другой заряд. Второй заряд испытывает воздействие поля как силу, равную по величине произведению напряженности поля на модуль своего заряда.
Какое преимущество имеет такая схема над простым законом Кулона?
Как мы увидим в дальнейшем, преимущество заключается в том, что такой подход приводит к более простым математическим моделям. Если имеется много зарядов или они распределены довольно необычным образом, то можно начать с вычисления суммарной напряженности электрического поля, которую создают все эти заряды в определенной точке пространства. Каждая небольшая часть зарядов создает в этой точке свое электрическое поле 
. Чтобы найти полное поле в этой точке, следует сложить векторно вклады различных зарядов.
