Напряженность поля

Электростатикой называется раздел учения об электричестве, в котором изучаются взаимодействия и свойства систем электрических зарядов, неподвижных относительно выбранной инерциальной системы отсчёта. Существуют два рода электрических зарядов – положительные и отрицательные. Силы взаимодействия тел или частиц, обусловленные электрическими зарядами этих тел или частиц, называются электростатическими силами. Точечным электрическим зарядом называется заряженное тело, форма и размеры которого несущественны в данной задаче. Электрический заряд любой системы тел состоит из целого числа элементарных зарядов, приближённо равных 1,6·10^–19 Кл.

Закон сохранения электрического заряда: Алгебраическая сумма электрических зарядов тел или частиц, образующих электрически изолированную систему, не изменяется при любых процессах, происходящих в этой системе.

Силы электростатического взаимодействия заряженных тел подчиняются экспериментально установленному закону Кулона. Поэтому их часто называют кулоновскими силами.

Закон Кулона: Сила электрического взаимодействия двух точечных электрических зарядов, находящихся в вакууме, прямо пропорциональна произведению q₁q₂ этих зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния r между зарядами и направлена вдоль соединяющей их прямой (рис.1.1).

,

где e₀=8,85·10^-12 Ф/м - электрическая постоянная, r = | |.

Всякое заряженное тело можно рассматривать как систему точечных зарядов. Поэтому электростатическая сила, с которой одно заряженное тело действует на другое, равна геометрической сумме сил, приложенных ко всем точечным электрическим зарядам второго тела со стороны каждого точечного заряда первого тела.

Взаимодействие между электрически заряженными частицами или телами, движущимися произвольным образом относительно инерциальной системы отсчёта, осуществляется посредством электромагнитного поля, которое представляет собой совокупность двух взаимосвязанных полей - электрическогои магнитного.

Характерная особенность электрического поля, отличающая его от других физических полей, состоит в том, что оно действует на электрический заряд (заряженную частицу или тело) с силой, которая не зависит от скорости движения заряда. Основной количественной характеристикой электрического поля служит вектор напряжённости электрического поля, являющийся его силовой характеристикой.

Напряженность электрического поля равна силе , действующей со стороны поля на положительный единичный точечный заряд, помещённый в данную точку поля:

.

Сила, действующая со стороны электрического поля на помещённый в него произвольный точечный электрический заряд q: , где - напряженность в месте нахождения заряда q.

Напряжённость электрического поля точечного заряда в вакууме:

,

где - радиус-вектор, соединяющий заряд q с точкой, в которой вычисляется напряжённость поля.

Для графического изображения электростатических полей применяют метод силовых линий. Силовыми линиями (линиями напряжённости) называются линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряжённости поля в этой точке.

1.2. Принцип [СС1] суперпозиции электрических полей

Основная задача электростатики формулируется следующим образом: по заданному распределению в пространстве источников поля – электрических зарядов – найти значение вектора напряжённости во всех точках поля. Эта задача может быть решена на основе принципа суперпозиции электрических полей: