Електричним полем (електростатичним полем) називають особливий вид матерії, який створюється нерухомими електричними зарядами і завдяки якому ці заряди взаємодіють.

Напруженість електричного поля. Закон Кулона

Ми знаємо, що електричні заряди взаємодіють між собою: однойменні заряди відштовхуються, різнойменні притягаються. Але завдяки чому так відбувається?

Ми можемо стверджувати, що матеріальний світ навколо нас представлений у двох основних видах: речовина та поле.

До речовин можна віднести тверді об’єкти, рідини, гази, прості та складні речовини, з яких складаються всі тіла навколо нас. Ці речовини мають такі характеристики, як колір, запах, смак, густину тощо. Поле побачити, спробувати на смак ми не можемо, але ми можемо відчути на собі дію поля на нас, на заряджені об’єкти навколо нас.

Так нас міцно тримає на поверхні нашої Землі гравітаційне поле, що проявляється як дія сили тяжіння. Заряджені тіла взаємодіють через існування навколо заряджених тіл електричного поля. Що ж ми будемо називати електричним полем?

Електричним полем (електростатичним полем) називають особливий вид матерії, який створюється нерухомими електричними зарядами і завдяки якому ці заряди взаємодіють.

Електричне поле існує і навколо рухомих зарядів, але навколо рухомих зарядів існує і магнітна складова електромагнітного поля. Тому в «чистому» вигляді або у вигляді електростатичного поля воно існує і створюється нерухомими зарядами.

Для зображення електростатичного поля використовують силові лінії напруженості електростатичного поля.

Напруженістю електростатичного поля називають силову характеристику електричного поля, що чисельно дорівнює відношенню діючої на заряд сили з боку електричного поля до величини цього заряду.

Відповідно до визначення, напруженість електричного поля визначається формулою:

.

У формулі буквою Е позначена напруженість електричного поля, F – сила, що діє на внесений в поле заряд q, а q – внесений в поле заряд. Відповідно до формули, одиницею розмірності напруженості електричного поля є Н/ Кл.

Напруженість електричного поля є векторною величиною, тобто напруженість має напрямок. За напрямок вектора напруженості прийнято напрямок від позитивного заряду до негативного.

Лініями напруженості ми будемо називати криві, вздовж яких розташовані вектори напруженості електричного поля, тобто в кожній точці цієї кривої вектор напруженості є дотичною.

Лінії напруженості електричного поля розпочинаються на позитивних зарядах. Для окремого позитивного заряду вектори напруженості йдуть по радіальним напрямкам від заряду, для окремого негативного заряду – по радіальним напрямкам до заряду. Схематичне зображення ліній напруженості можна бачити на малюнку.

Якщо маємо пару зарядів, то картина силових ліній буде іншою: на першому малюнку зображені силові лінії двох однойменних зарядів, на другому – картина силових ліній двох різнойменних зарядів, на третьому – картина силових ліній між різнойменно зарядженими пластинками з однаковими за величиною зарядами

Подумайте, скільки задач можна придумати на формулу, що наведена вище.

Якщо ми знаємо величину напруженості поля, то легко знайдемо силу, з якою поле діє на цей заряд.

.

Згадайте правила множення вектора на число і дайте відповідь про напрям вектора діючої сили для позитивного та негативного заряду.

До кінця ХУІІІ сторіччя вивчення електричних явищ відбувалося лише якісно. Наприклад електричні машини довгий час були іграшкою або розвагою для дорослих.. Перехід від якісних до кількісних характеристик відбувся завдяки дослідженням та висновкам військового інженера Шарля Кулона, який встановив математичну закономірність про величину сили взаємодії двох точкових зарядів.

Точковими зарядами ми будемо називати заряджене тіло, розмірами якого в даних умовах можна знехтувати. Так порошинки розмірами 1 мм, що містяться на відстані 5 м можна вважати точковими зарядами. Розміри цих порошинок значно менше за відстань між зарядженими порошинками.

Для встановлення математичної закономірності Кулон використовував крутильні ваги, схема яких представлена на малюнку.

При внесенні в поле заряду С в простір існування електричного поля, яке створюється зарядом А. заряди взаємодіють. Внаслідок цього відбувається поворот палички АВ, і по величині обертання можна судити про величину діючої сили.

При збільшенні внесеного заряду в 2 рази кут обертання зростав вдвічі, при збільшенні заряду А в кілька разів, в стільки ж разів зростала і сила взаємодії.

На основі цього Кулон робіть висновок, що сила взаємодії зарядів пропорційна добутку зарядів:

При збільшенні відстані між зарядами було встановлено, що сила обернено пропорційна квадрату від стані між зарядами:

Звівши результати дослідження в одне правило, отримаємо закон Кулона:

Сила взаємодії між двома точковими зарядами прямо пропорційна добутку величин цих зарядів та обернено пропорційна квадрату відстані між ними. Сили спрямовані по одній прямій, що з’єднують ці заряди і напрямлені у протилежних напрямках:

де

- коефіцієнт пропорційності,

q₁ та q₂- величини точкових зарядів,

r – відстань між зарядами,

- діелектрична проникність середовища, табличне значення, яке показує, у скільки разів послаблюється електричне поле в даному в середовищі.

Дата добавления: 2015-08-10