Теоретические сведения об электрическом поле

Электростатическое поле – частный случай электромагнитного поля, создаваемого совокупностью неподвижных в пространстве электрических зарядов, которые также неизменны во времени. Изменяющееся электрическое поле неизбежно приводит к появлению магнитных полей из-за явления электромагнитной индукции. Так как диэлектрики не обладают магнитными свойствами, то вполне допустимо ограничиться рассмотрением действием на диэлектрик электрического поля.

Основными характеристиками электрического поля являются его напряженность и потенциал. Напряженность поля является векторной величиной, потенциал – скалярной, определяемой некоторым числом. Электрическое поле определено, если известно распределение напряженности поля и потенциала во всех точках этого поля.

Электрическое поле обладает способностью оказывать механическое воздействие на помещенный в него заряд, с силой, прямо пропорциональной величине этого заряда. В основу определения электрического поля положено его механическое проявление, описываемое законом Кулона – «Два точечных заряда взаимодействуют с силой, пропорциональной произведению зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними»

где - единичный вектор, направленный вдоль линии, соединяющей заряды.

Электрическое поле можно охарактеризовать совокупностью силовых и эквипотенциальных линий. Силовая линия определяет, как бы двигался весьма малый положительный заряд, не обладающий инерцией. Силовые линии начинаются на отрицательных зарядах и заканчиваются на положительных.

Эквипотенциальными называют поверхности, имеющие равный потенциал. пересечение эквипотенциальных поверхностей с секущей плоскостью дает нам эквипотенциальные линии.

Потенциал φ поля можно определить как работу по переносу единичного положительного заряда из данной точки в точку с нулевым потенциалом. Точка с нулевым потенциалом выбирается произвольно.

Потенциал и напряженность поля связаны между собой общим уравнением

Электрическое поле является потенциальным. Это обозначает, что работа по перемещению заряда в этом поле не зависит от длины траектории, а определяется только координатами начальной и конечной точек траектории. В частности, работа по перемещению заряда по замкнутому контуру равняется нулю.

Для расчетов напряженности электрического поля, создаваемого системой зарядов, используют теорему Гаусса, которая формулируется следующим образом: поток вектора напряженности электрического поля через любую замкнутую поверхность равен сумме свободных зарядов, находящихся внутри этой поверхности, деленное на произведение ε₀∙ε. Здесь ε – диэлектрическая проницаемость вещества, ε₀ = 8,84∙10^-12 Ф/м – электрическая постоянная.