Электрические взаимодействия. Напряжённость электрического поля. Проводники и диэлектрики в электрическом поле

4. Напряжённость электрического поля

Английский учёный М. Фарадей первым высказал предположение, что электрическое взаимодействие заряженных тел осуществляется посредством электрического поля: каждое заряженное тело создаёт вокруг себя электрическое поле, которое действует на другие заряженные тела. Это предположение в дальнейшем подтвердилось на опытах.

Электрическое поле в данной точке пространства характеризуется силой, которая действует со стороны поля на заряд, помещённый в данную точку. Опыты показывают, что эта сила пропорциональна заряду, поэтому отношение силы к заряду не зависит от величины заряда и характеризует само электрическое поле.

Напряжённостью \vec{E} электрического поля в данной точке называют физическую величину, равную отношению силы, действующей со стороны поля на заряд, помещённый в данную точку поля, к величине этого заряда:

\vec{E}=\frac{\vec{F}}{q}.

Как следует из этого определения, напряжённость поля векторная величина. Направление напряжённости электрического

поля в данной точке пространства совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд, помещённый в эту точку.

На отрицательный заряд действует сила, направление которой противоположно направлению напряжённости поля в данной точке.

Единицей напряжённости поля в СИ является H/Кл.

Модуль напряжённости поля точечного заряда можно найти, используя определение напряжённости и закон Кулона:

\left\{\begin{array}{l}E=\dfrac{F}{Q} \\ \\ F=\dfrac{k|q||Q|}{r^{2}}\end{array}\right.

Отсюда следует

E=\frac{k|q|}{r^{2}}.

Векторы напряжённости электрического поля выстраиваются вдоль некоторых линий. Например, для поля, созданного точечным зарядом, эти линии представляют собой лучи, проведённые из точки, в которой находится точечный заряд (рис. 4).

Линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением напряжённости электрического поля, называют линиями напряжённости электрического поля.

Линии напряжённости обладают следующими свойствами:

они начинаются на положительных зарядах u заканчиваются на отрицательных;

густота линий напряжённости вблизи данной точки пропорциональна модулю напряжённости поля в этой точке.

Опыт показывает, что если заряд находится в поле, созданном несколькими зарядами, то равнодействующая сил, действующих на данный заряд, равна векторной сумме сил, действующих на него со стороны каждого из зарядов. Отсюда следует, что справедлив принцип суперпозиции электрических полей: в каждой точке пространства напряжённость поля, созданного несколькими зарядами, равна векторной сумме напряжённостей полей, созданных каждым из зарядов в той же точке:

\vec{E}=\vec{E}_{1}+\vec{E}_{2}+\cdots+\vec{E}_{n}.

Пример 3

Условие

Два точечных заряда 1 и 2 , равные соответственно 1 нКл и -1 нКл, расположены на расстоянии 60 см друг от друга. Чему равен модуль напряжённости поля, созданного обоими зарядами в точке A , находящейся точно посередине между ними?

Решение

Сделаем пояснительный рисунок (см. рис. 5).

Тогда модуль напряжённости поля, созданного обоими зарядами в точке A , по принципу суперпозиции полей

E=E_{1}+E_{2}= \frac{k\left|q_{1}\right|}{r^{2}}+\frac{k\left|q_{2}\right|}{r^{2}}=\frac{2 k|q|}{r^{2}}=200 \text{ Н} /\text{Кл}.