Поля и поток вектора напряженности

Если в пространство, окружающее элект-рический заряд, внести другой заряд, то на не-го будет действовать кулоновская сила. Сле-довательно, в пространстве, окружающем эле-кт­рические заряды, существует силовое поле.

Согласно представлениям современной физики, поле реально существует и наряду с веществом является одной из форм существования материи, посредством которого осуществляются определенные взаимо­действия между макроскопическими телами или частицами, входящими в состав вещества.

В данном случае говорят об электрическом поле - поле, посредством которого взаимо-действуют электрические заряды. Мы будем рассматривать элект­рические поля, которые создаются неподвижными электрическими за-рядами, называ­емыми электростатическими.

Для обнаружения и опытного исследо-вания электростатического поля используется пробный точечный положительный заряд — такой заряд, который не искажает исследу­емое поле (не вызывает перераспределения зарядов, создающих поле). Если в поле, создаваемое зарядом Q, поместить пробный заряд Q₀, то на него действует сила F, различная в разных точках поля. В качестве силовой характеристикой электростатичес­кого поля используется напряженность.

Напряженность электростатического поля в данной точке есть физическая величина, определяемая силой, действующей на пробный единичный положительный заряд, помещенный в эту точку поля:

. (11.3)

Как следует из формул (11.3) и (11.1), напряженность поля точечного заряда в вакууме

. (11.4)

Направление вектора Е совпадает с напра-влением силы, действующей на положитель­ный заряд. Если поле создается положительным зарядом, то вектор Е направлен вдоль радиуса-вектора от заряда во внешнее пространство (отталкивание пробного положи­тельного заря-да); если поле создается отрицательным заря-дом, то вектор Е направлен к заряду (рис. 11.2).

Из формулы (11.3) следует, что единица напряженности электро-статического по­ля — ньютон на кулон (Н/Кл): 1 Н/Кл — напряженность такого поля, которое на точечный заряд 1 Кл действует с силой в 1 Н; 1 Н/Кл=1 В/м, где В (вольт) — еди­ница потенциала электростатического поля.

Графически электростатическое поле изо-бражают с помощью линий напряжен­ности -линий, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора Е (рис.11.3).

Линиям напряженности приписывается направле-ние, совпадающее с нап-равлением вектора напря-женности. Так как в каж-дой данной точке прост-ранства вектор напряженности имеет лишь одно направление, то линии напряженности никогда не пересекаются. Для однородного поля (когда вектор напряженности в любой точке постоянен по величине и направлению) линии напряженности параллельны вектору напряженности. Если поле создается точеч-ным зарядом, то линии напряженности — радиальные прямые, выходящие из заряда, если он положителен (рис.11.4, а), и входя­щие в него, если заряд отрицателен (рис.11.4, б).

Вследствие большой наглядности графический способ представления элек-тростатического поля ши-роко применяется в элект-ротехнике.

Чтобы с помощью линий напряженности можно было характеризовать не только направление, но и значение напряженности электростатического поля, условились про­водить их с определенной густотой (см. рис.11.3): число линий напряженности, прони­зывающих единицу площади поверхности, перпендикулярную линиям напряженности, должно быть равно модулю вектора Е. Тогда число линий напряженности, пронизыва­ющих элементарную площадку dS, нормаль n которой образует угол a с вектором Е, равно EdScosa=E_ndS, где Е_n— проекция вектора Е на нормаль n к площадке dS (рис.11.5). Величина

называется потоком вектора напряженности через пло-щадку dS. Здесь dS =dS _n — век­тор, модуль которого равен dS, а направление совпадает с направлением нормали n к площадке. Выбор направления вектора n (а, следовательно, и dS ) условен, так как его можно направить в любую сторону. Единица потока вектора напряженности электростатического поля — 1 В∙ м.

Для произвольной замкнутой поверхности S поток вектора Е сквозь эту поверх­ность

, (11.5)

где интеграл берется по замкнутой поверх-ности S. Поток вектора Е является алгебра­ической величиной: зависит не только от конфигурации поля Е, но и от выбора направления n.

В истории развития физики имела место борьба двух теорий: дальнодействия и близкодействия. В теории дальнодействия принимается, что электрические явления определяются мгновенным взаимодействием зарядов на любых расстояниях. Согласно теории близкодействия, все электрические явления определяются изменениями полей зарядов, причем эти изменения распространяются в пространстве от точки к точке с конечной скоростью. Применительно к электростатическим полям обе теории дают одинаковые результаты, хорошо согласующиеся с опытом. Переход же к явлениям обусловленным движением электрических зарядов, приводит к несостоятельности теории дальнодействия, поэтому современной теорией взаимодействия заряженных ча­стиц является теория близкодействия.

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Анализ денежных потоков от инвестиционной деятельности
2. Анализ документопотоков и документооборота
3. Анализ чувствительности денежных потоков проекта
4. В чем смысл логоса и хаоса как полярных категорий
5. Векторы. Основные операции над векторами.
6. Величина суммарного суточного пассажиропотока (пасс./сут.)
7. Воздействие магнитного поля на движущие заряды. Сила Лоренца.
8. Воздействие электрического поля на проводники, полупроводники и диэлектрики.
9. Вопрос 6 .Интерференция поляризованного света. Вращение плоскости поляризации.
10. Вопрос 7. Электромагнитные волны в веществе. Распространение света в веществе. Дисперсия света. Поглощение света. Прозрачные среды. Поляризация волн при отражении.
11. Вопрос 8. Ансамбль Афинского акрополя.
12. ВРАЩАЮЩИЕСЯ В ПРОТИВОПОЛОЖНЫХ НАПРАВЛЕНИЯХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОЛЯ И ДИНАМИКА РЕШЕТКИ