Электрическое поле. Характеристики электрического поля. Энергия электрического поля
Поможем в ✍️ написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

 

Взаимодействие между покоящимися зарядами осуществляется через электрическое поле. То есть, всякий заряд изменяет свойства окружающего его пространства – создает в нем электрическое поле, существующее независимо от присутствия других зарядов. Для выявления электрического поля в некоторой точке пространства нужно поместить в нее некоторый "пробный" заряд q0. По величине кулоновской силы, действующей на него, можно будет судить об интенсивности электрического поля:

 

.

 

Из формулы видно, что  зависит от q0, однако отношение  уже не зависит от величины пробного заряда и поэтому может служить характеристикой электрического поля. Эта векторная величина называется напряженностью электрического поля в данной точке:

 

.

 

Напряженность является силовой характеристикой электрического поля и численно равна силе, действующей на единичный положительный заряд, находящийся в данной точке. Вектор направлен от заряда, если он положителен, и к заряду, если он отрицателен. Отсюда следует, что на любой заряд q, помещенный в точку с напряженностью , будет действовать сила

 

 

Как уже отмечалось, результирующая сила, с которой система зарядов действует на не входящий в нее заряд, равна векторной сумме отдельных сил . Отсюда следует, что напряженность электрического поля системы зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, которые создавал бы каждый заряд в отдельности

 

.

 

Это утверждение носит название принципа суперпозиции электрических полей. Данный принцип позволяет вычислить напряженность поля любой системы зарядов, в том числе разбив протяженные заряды на достаточно малые доли.

Электрическое поле можно описать, указав для каждой точки величину и направление вектора напряженности . Графически оно описывается силовыми линиями, касательная к которым в каждой точке совпадает с направлением вектора , а число линий, пронизывающих единицу перпендикулярной поверхности, численно равно E. Силовые линии нигде, кроме зарядов, не начинаются и не оканчиваются.

 

 

Другой – энергетической – характеристикой электрического поля является потенциал.

Работа кулоновских сил

 

,

 

где Wpi – потенциальная энергия заряда q0 в поле заряда q, равная

 

.

 

Для одной и той же точки поля отношение Wp/q0 будет одним и тем же для любой величины q0. Эта величина  называется потенциалом электрического поля в данной точке.

Потенциал численно равен работе, которую надо совершить над единичным положительным зарядом при удалении его из данной точки на бесконечность.

За единицу потенциала принимают потенциал, необходимый для перемещения заряда в 1Кл с совершением работы в 1Дж: 1 В = : [j]= 1 В.

Связь между напряженностью электрического поля и потенциалом j можно определить следующим образом: = –grad j, или .

Энергия заряженного плоского конденсатора (заряды на его пластинах q и –q, а потенциалы – φ+ и φ)

 

.

 

Так как q = C+ – φ) = С U, то

 

.

 

Энергия электрического поля в общем виде (после замены емкости на ее выражение

 

):

,

 

где V – объем пространства между пластинами конденсатора, в котором сосредоточено все электрическое поле.

Если электрическое поле однородно, то плотность энергии электрического поля

 

.

 


В изотропном диэлектрике (κ = const) || , то есть

 

.

 

Первое слагаемое – плотность энергии электрического поля напряженностью E в вакууме, второе – плотность энергии, затрачиваемой на поляризацию вещества.

По плотности энергии электрического поля w можно найти энергию электрического поля WE, заключенную в любом объеме пространства V:

 

.

 


Дата: 2019-12-22, просмотров: 237.