Электростатическое поле

Действие одних заряженных тел на другие заряженные тела осуществляется без их прямого контакта, посредством электрического поля.

Электрическое поле материально. Оно существует независимо от нас и наших знаний о нем.

Электрическое поле создается электрическими зарядами и обнаруживается при помощи электрических зарядов по действию на них определенной силы.

Электрическое поле распространяется с конечной скоростью 300000 км/с в вакууме.

Так как одним из основных свойств электрического поля является его действие на заряженные частицы с определенной силой, то для введения количественных характеристик поля необходимо в исследуемую точку пространства поместить небольшое тело с зарядом q (пробный заряд). На это тело со стороны поля будет действовать сила

Если изменить величину пробного заряда, например, в два раза, в два раза изменится и сила, действующая на него.

При изменении величины пробного заряда в n раз, в n раз изменяется и сила, действующая на заряд.

Отношение же силы, действующей на пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда, есть величина постоянная и не зависящая ни от этой силы, ни от величины заряда, ни от того, есть ли вообще в исследуемой точке поля какой-либо заряд. Это отношение обозначается буквой и принимается за силовую характеристику электрического поля. Соответствующая физическая величина называется напряженностью электрического поля.

Напряженность электрического поля – это векторная физическая величина, равная отношению силы, действующей на заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда:

Напряженность показывает, какая сила действует со стороны электрического поля на единичный заряд, помещенный в данную точку поля.

Чтобы найти единицу напряженности, надо в определяющее уравнение напряженности подставить единицы силы – 1 Н и заряда – 1 Кл. Получаем: [E] = 1 Н / 1 Кл = 1 Н/Кл.

Для наглядности электрические поля на чертежах изображаются с помощью силовых линий.

Силовые линии электрического поля принято изображать в направлении от положительного заряда к отрицательному.

По густоте силовых линий можно сравнивать напряженности различных электрических полей.

Величина напряженности поля точечного заряда в данной точке поля прямо пропорциональна величине заряда, создающего это поле, и обратно пропорциональна квадрату расстояния от этого заряда до данной точки поля: 

Чтобы найти значение силы, действующей на заряд, помещенный в заданную точку поля, надо знать напряженность поля в данной точке и величину заряда:

Если электрическое поле действует на положительный заряд, направление силы совпадает с направлением вектора напряженности поля. Если электрическое поле действует на отрицательный заряд, направление силы противоположно направлению вектора напряженности электрического поля.

Если электрическое поле в точке создается несколькими зарядами, то результирующая напряженность находится как векторная сумма напряженностей полей, создаваемых каждым зарядом независимо от других зарядов. Это правило носит название принципа суперпозиции электрических полей.

Электрическое поле может совершать работу по перемещению заряда из одной точки в другую. Следовательно, заряд, помещенный в заданную точку поля, обладает запасом потенциальной энергии.

Энергетические характеристики поля можно ввести аналогично введению силовой характеристики.

При изменении величины пробного заряда, меняется не только сила, действующая на него, но и потенциальная энергия этого заряда. Отношение же энергии пробного заряда, находящегося в данной точке поля, к величине этого заряда, является величиной постоянной и не зависящей ни от энергии, ни от заряда.

Физическая величина, равная отношению потенциальной энергии, которой обладает заряд, помещенный в данную точку электрического поля, к величине этого заряда, называется потенциалом: Потенциал показывает, какой энергией обладает единичный заряд, помещенный в данную точку поля.

Чтобы получить единицу потенциала, надо в определяющее уравнение потенциала подставить единицы энергии – 1 Дж и заряда – 1 Кл. Получаем: [φ] = 1 Дж / 1 Кл = 1 В.

Эта единица имеет собственное наименование 1 вольт.

Потенциал поля точечного заряда прямо пропорционален величине заряда, создающего поле и обратно пропорционален расстоянию от заряда до данной точки поля: 

Электрические поля на чертежах можно изображать и с помощью поверхностей равного потенциала, называемых эквипотенциальными поверхностями.

При перемещении электрического заряда из точки с одним потенциалом в точку с другим потенциалом совершается работа.

Физическая величина, равная отношению работы по перемещению заряда из одной точки поля в другую, к величине этого заряда, называется электрическим напряжением:

Напряжение показывает, чему равна работа, совершаемая электрическим полем при перемещении заряда в 1 Кл из одной точки поля в другую.

Единицей напряжения, так же как и потенциала, является 1 В.

Напряжение между двумя точками поля, расположенными на расстоянии d друг от друга, связано с напряженностью поля:

В однородном электрическом поле работа по перемещению заряда из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории и определяется только величиной заряда и разностью потенциалов точек поля.

Вектор напряженности электрического поля

По теории близкодействия взаимодействия между заряженными телами, удаленными друг от друга, происходит с помощью электромагнитных полей, создаваемых этими телами в окружающем их пространстве. Если поле было создано неподвижными частицами, то его относят к электростатическому. Когда происходят изменения во времени, получает название стационарного. Электростатическое поле является стационарным. Оно считается частным случаем электромагнитного поля.

Характеристика электрического поля

Силовая характеристика электрического поля – вектор напряженности, который можно найти по формуле:

E→=F→q, где F→ — сила, действующая со стороны поля на неподвижный (пробный) заряд q. Его значение должно быть настолько мало, чтобы отсутствовала возможность искажать поле, напряженность которого с его помощью и измеряют. По уравнению видно, что напряженность совпадает по направлению с силой, с которой поле действует на единичный положительный пробный заряд.

У напряженности электростатического поля нет зависимости от времени. Когда она во всех точках поля одинакова, тогда поле называют однородным. В другом случае – неоднородным.

Силовые линии

Чтобы изобразить электростатические поля графически, необходимо задействовать понятие силовых линий.

Определение 1

Силовые линии – это линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлениями векторов напряженности в этих точках.

Такие линии в электростатическом поле разомкнутые. Они начинаются на положительных зарядах и заканчивают на отрицательных. Реже уходят в бесконечность или возвращаются из нее. Силовые линии поля не могу пересекаться.

Вектор напряженности электрического поля подчиняется принципу суперпозиции, а именно:

E→=∑i=1nE→i.

Результирующий вектор напряженности сводится к нахождению векторной суммы напряженностей, составляющих его «отдельные» поля. При распределении непрерывного заряда, поиск суммарной напряженности поля производится по формуле:

E→=∫dE→.

Интегрирование E→=∫dE→ проводится по области распределения зарядов. Если их распределение идет по линии (τ=dqdl — линейная плотность распределения заряда), то интегрирование E→=∫dE→ тоже. Когда распределение зарядов идет по поверхности

Напряженность электрического поля — Знаешь как

Во всяком материальном теле содержится большое количество заряженных электрических частиц вещества — электрических зарядов. В электрически нейтральном теле содержится одинаковое число положительных и отрицательных частиц. В заряженном теле преобладают положительные или отрицательные заряды.

Единицей измерения заряда служит кулон (к). Электрический заряд мельчайшей частицы вещества — электрона составляет 1,6•10 ¹⁹к.

Разноименно заряженные тела притягиваются друг к другу, одноименно заряженные — отталкиваются. Взаимодействие зарядов объясняется тем, что каждый из них неразрывно связан с окружающим его электрическим полем. Таким образом, взаимодействие зарядов происходит при посредстве электрического поля. Электрическое поле обладает энергией—электрической энергией.

При перемещении заряженных частиц под действием сил электрического поля производится работа за счет энергии поля.

Электрически заряженные частицы вещества и электрическое поле представляют собой две неразрывно связанные формы материи.

Поле неподвижных зарядов называется электростатическим.

Величина, характеризующая электрическое поле в каждой точке его, называется напряженностью электрического поля (Е).

Напряженность поля выражается отношением силы поля F, с которой поле действует на точечный пробный заряд q, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда, т. е. напряженность поля.

 

При q, равном единице, E численно равно F, таким об­разом, напряженность электрического поля численно равна  силе поля, действующей на электрический заряд, равный единице.

Напряженность поля — векторная вели­чина. Направление вектора напряженности совпадает с направлением силы поля, дей­ствующей на положительный заряд, нахо­дящийся в данной точке поля.

 

Рис. 1-1. Элек­трическое поле между двумя параллельными пластинами, за ряженными раз­ноименными за­рядами.

 

На рис. 1-1 показан вектор напряжен­ности Е электрического поля между двумя параллельными пластинами с зарядами + Q и — Q.

Электрическое поле графически изобра­жается линиями напряженности электриче­ского поля. Линия напряженности прово­дится так, чтобы в каждой точке ее вектор напряженности поля был направлен вдоль 

касательной к ней в этой точке. Линия напряженности электрического поля начинается на поло­жительном заряде и оканчивается на отрицательном элек­трическом заряде, таким образом, она является не замкнутой.

Если через каждую единичную площадку, перпендику­лярную к направлению линии, провести число линий, равное или пропорциональное напряженности поля в этой части, то плотность линии напряженности можно использо­вать для оценки величины напряженности поля.

 

Поле называют однородным, если во всех точках его векторы напряженности равны друг другу. Примером может служить поле между параллельными пластинами (рис. 1-1) в области, достаточно удаленной от краев пластин.

Статья на тему Напряженность электрического поля

Что такое напряженность электрического поля :: SYL.ru

Напряженность электрического поля может иметь значительную важность при использовании конденсаторов, а также иных деталей для схем. Почему так? Давайте рассмотрим данное понятие с точки зрения физики.

Зачем было введено само понятие напряженности электрического поля

Оно характеризирует особый вид материи, которая существует около любого электрического заряда и проявляет себя во влиянии на другие подобные частицы. Напряженность – это характеристика данного поля. Принимать во внимание данное понятие необходимо из-за того, что существует влияние на электронные компоненты любой схемы, которая есть в любой электротехнике. А при игнорировании этого аспекта машины, в которых они есть, будут очень быстро выходить из строя, возможно даже, что мгновенно – при первом же запуске. Как напряженность электрического поля рассматривается современной наукой?

Что такое напряженность с точки зрения физики

Данному понятию было уделено много внимания – ещё бы, ведь от понимания данных процессов сейчас очень сильно зависит мощь нашей цивилизации. Под ней понимают векторную величину, которую используют, чтобы охарактеризовать электрическое поле в одной точке. Она численно равняется отношению силы, что воздействует на недвижимый точечный заряд, который рассматривается, к его величине:

Н=С/ВЗ, где:

1. Н – напряженность.
2. С – сила.
3. ВЗ – величина заряда, что рассматривается.

Вот как определить напряженность электрического поля. И вот почему её могут иногда называть его же силовой характеристикой. Что же выступает единственным отличием? От вектора силы, который действует на заряженную частицу, данный случай отличается наличием постоянного множителя. А что можно сказать про его величину?

Значение вектора в каждой точке пространства

Необходимо учитывать, что данная величина меняется вместе с изменением координат. Формально все точки векторного объема можно выразить такой записью: Е = Е (х, у, z, t). Она представляет напряженность электрического поля в виде функции пространственных координат. А теперь на них необходимо наложить векторы магнитной индукции. В результате можно получить электромагнитное поле, которое вместе со своими законами будет представлять предмет электродинамики. В чем измеряется напряженность данного объекта? Для этого используют показатель вольт на метр или ньютон на кулон (запись соответственно В/м или Н/Кл).

Напряжённость электрического поля в классической электродинамике

Она признана одной из основных фундаментальных величин. Сопоставимыми по важности можно назвать вектор магнитной индукции и электрический заряд. В некоторых случаях подобную значительность могут приобретать потенциалы электромагнитного поля. Более того, если соединить их вместе, то можно получить значение, которое покажет возможность влияния на другие объекты. Оно называется электромагнитным потенциалом. Существуют и другие понятия. Электрический ток, его плотность, вектор поляризации, напряженность магнитного поля – все они достаточно значимые и важные, но считаются только вспомогательными величинами. Давайте устроим краткий обзор основных контекстов, которые имеются в классической электродинамике относительно напряженности электрического поля.

Сила действия на заряженные частицы

Для выражения общего показателя воздействия магнитного поля использую формулу Лоренца:

С = ЭЗЧ*ВС+ЭЗЧ*Ск*^ВМИ.

С – сила воздействия магнитного поля на заряженную частицу.

ЭЗЧ – электрический заряд одной частицы.

ВМИ – вектор магнитной индукции.

Ск – скорость движения частицы.

*^ — векторное произведение.

Если разобраться в формуле, то можно увидеть, что она полностью согласуется с ранее данным определением, чем является напряженность электрического поля. Но само уравнение обобщено, поскольку в него включено действие на заряженную частицу со стороны магнитного поля при движении оной. Также предполагается, что объект рассмотрения является точечным. Формула позволяет рассчитывать силы, которыми действует электромагнитное поле на тело любой формы, в котором произвольное распределение зарядов и токов. Необходимо только разбить сложный объект на маленькие части, каждая из них может считаться точкой, и тогда к ней становится возможным применение формулы.

Что можно сказать про остальные подсчёты

Другие уравнения, которые применяются при расчетё электромагнитных сил, считают следствиями формулы Лоренца. Также их называют частными случаями её применения. Хотя для практического применения даже в самых простых задачах всё же необходимо иметь ещё небольшой багаж знаний, о которых сейчас и будет рассказано.

Электростатика

Занимается частными случаями, когда заряженные тела являются неподвижными, или их скорость передвижения настолько мала, что их таковыми считают. Как же посчитать напряженность электрического поля в данном случае? В этом нам поможет скалярный потенциал:

НЭП = -∆СП.

НЭП – напряженность электрического поля.

СП – скалярный потенциал.

Верно и обратное. Полученное значение называется электростатическим потенциалом. Также подобный подход упрощает уравнение Максвелла, и оно превращается в формуле Пуассона. Для частного случая областей, которые свободны от заряженных частиц, используют подсчёты по методу Лапласа. Обратите внимание – все уравнения линейные, а соответственно, к ним применяется принцип суперпозиции. Для этого следует найти поле только одного точечного единичного заряда. Затем следует обсчитать напряженность или потенциал поля, что создаются их распределением. Знаете, как называют полученный результат? Наверняка нет. А имя ему — напряженность электрического поля точечного заряда.

Уравнения Максвелла

Они вместе с формулой силы Лоренца составляют теоретический фундамент классической электродинамики. Традиционная форма представлена. Поскольку описывать каждое из них – это долго, то мною они будут представлены в виде картинки. Считается, что этих четырёх уравнений и формулы силы Лоренца достаточно, чтобы полностью описать классическую (только её, а не квантовую) электродинамику. Но что делать с практикой? Для решения реальных задач может потребоваться ещё уравнение, которое описывает движение материальных частиц (в классической механике в их роли выступают законы Ньютона). Также будет нужной информация о конкретных свойствах сред и физических тел, которые рассматриваются (их упругость, электропроводность, поляризация и подобное). Для решения задач могут применяться и другие силы, что не входят в рамки электродинамики (как то гравитация), но которые бывают нужными, чтобы построить замкнутую систему уравнений или решить конкретную проблему.

Заключение

Что же, подводя итог, можно сказать, что напряженность электрического поля была рассмотрена довольно полно, как в целом, так и некоторые частные случаи. Данных, представленных в рамках статьи, должно с лихвой хватить, чтобы рассчитывать параметры для своих будущих конструкций. Про графическое изображение можно сказать, что векторы напряженности электрического поля изображаются с помощью силовых линий, которые считаются касательными к каждой точке. Этот способ описания впервые был введён Фарадеем. На этом про напряженность электрического поля автор заканчивает и благодарит вас за уделенное внимание.

Ответы@Mail.Ru: Чем напряженность электрического поля отличается от напряжения? В учебнике написано, что напряженность

У электрического поля есть две характеристики 1) напряженность — силовая характеристика, показывающая какая сила действует на помещенный в это поле пробный заряд 2) потенциал — энергетическая характеристика, показывающая какой потенциальной энергией обладает пробный заряд, помещенный в это поле НО потенциал не имеет физического смысла, поэтому используют разность потенциалов, то есть напряжение… ТО есть это две разные характеристики электрического поля.

Напряжение характеризует электрический ток.

А у тя чё, нет мозга да-же ник себе придумать ?

Напряжение всегда между двумя точками и это скаляр. А напряженность — в любой отдельно взятой точке и вектор, поэтому она характеризует поле гораздо лучше.

напряженность — сила, напряжение — энергия

По фигу. Пока не прочитаете определение напряженности, о других величинах лучше даже не думать. Электрическое поле — векторное. Т. е., чтобы его задать наиболее естественным образом, нужно задать вектор напряженности в каждой точке в каждый момент времени.