Электрическое поле. Напряженность электрического поля
Всякое взаимодействие между зарядами, называемое также кулоновским взаимодействием (по названию закона Кулона) происходит при помощи электростатического поля, которое является неизменяющимся по времени электрическим полем неподвижных зарядов. Электрическое поле является частью электромагнитного поля и создаётся оно электрическим зарядами или заряженными телами. Электрическое поле воздействует на заряды и заряженные тела независимо от того движутся ли они или находятся в состоянии покоя.
Одним из фундаментальных понятий электрического поля является его напряженность, которая определяется как отношение силы действующей на заряд в электрическом поле к величине этого заряда. Для раскрытия данного понятия необходимо ввести такое понятие как «пробный заряд».
«Пробным зарядом», называется такой заряд, который не участвует в создании электрического поля, а также имеет очень маленькую величину и поэтому своим присутствием не вызывает перераспределение зарядов в пространстве, тем самым не искажая электрическое поле создаваемое электрическим зарядами.
Рисунок 5 - Заряд в электрическом поле.
Таким образом, если внести «пробный заряд» q0 в точку, находящуюся на некотором расстоянии от заряда q, то на «пробный заряд» qП будет действовать некоторая сила F, обусловленная присутствием заряда q. Отношение силы F0 действующей на пробный заряд, в соответствии с законом Кулона, к величине «пробного заряда», называется напряженностью электрического поля. Напряженность электрического поля обозначается Е и имеет разрядность Н/Кл
|
|
|
Потенциал электростатического поля. Разность потенциалов
Как известно, если на тело действует какая-либо сила, то такое тело совершает определённую работу. Следовательно, и заряд, помещённый в электрическое поле, также будет выполнять работу. В электрическом поле выполненная зарядом работа не зависит от траектории движения, а определяется лишь положением, которое занимает частица в начале и конце перемещения. В физике поля подобные электрическому полю (где работа не зависит от траектории движения тела) называются потенциальными.
Рисунок 6 - Работа в потенциальном поле.
Выполненная телом работа определяется по следующему выражению
где F – сила, действующая не тело,
S – расстояние, пройденное телом по действие силы F,
α – угол между направлением движения тела и направлением действия силы F.
Тогда работа выполненная «пробным зарядом» в электрическом поле созданным зарядом q0 определится из закона Кулона
где qП – «пробный заряд»,
q0 – заряд создающий электрическое поле,
|
|
|
r1 и r2 – соответственно расстояние между qП и q0 в начальном и конечном положении «пробного заряда».
Так как выполнение работы связано с изменением потенциальной энергии WP, тогда
И потенциальная энергия «пробного заряда» в каждой отельной точке траектории движения будет определяться из следующего выражения
Как видно из выражения с изменением величины «пробного заряда» qп значение потенциальной энергии WP будет изменяться пропорционально qп, поэтому для характеристики электрического поля была введена ещё один параметр названный потенциалом электрического поля φ, который является энергетической характеристикой и определяется следующим выражением
где k – коэффициент пропорциональности, равный k = 1/(4πε0) = =9 * 109 Кл2/(Н*м2),
где ε0 – электрическая постоянная, ε0 = 8,85 * 10-12 Кл2/(Н*м2).
Таким образом, потенциалом электростатического поля является энергетической характеристикой, которая характеризует потенциальную энергию, которой обладает заряд, помещённый в данную точку электростатического поля.
Из вышесказанного можно сделать вывод, что работа совершённая при перемещении заряда из одной точки в другую может быть определена из следующего выражения
|
|
|
То есть работа, совершаемая силами электростатического поля при перемещении заряда из одной точки в другую, равна произведению заряда на разность потенциалов в начальной и конечной точках траектории.
При расчётах наиболее удобно знать разность потенциалов между точками электрического поля, а не конкретные значения потенциалов в данных точках, поэтому говоря о потенциале какой либо точки поля, подразумевают разность потенциалов между данной точкой поля и другой точкой поля, потенциал которой условились считать равным нулю.
Разность потенциалов определяется из следующего выражения и имеет размерность Вольт (В)
Разность потенциалов между двумя точками электростатического поля.
Дата добавления: 2020-11-15; просмотров: 161; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!