Электрическое поле и напряженность.

Теория близкодействия и дальнодействия

В развитии науки существует две научных теории: близкодействия и дальнодействия.

Близкодействие. Если мы наблюдаем действие одного тела на другое, находящееся на некотором расстоянии от него, то, прежде чем допустить, что это действие прямое и непосредственное, мы склонны сначала исследовать, нет ли между телами какой-либо материальной связи: нитей, стержней и т. д. Если подобные связи есть, то мы объясняем действие одного тела на другое при помощи этих промежуточных звеньев.

Предположение о том, что взаимодействие между удаленными друг от друга телами всегда осуществляется с помощью промежуточных звеньев (или среды), передающих взаимодействие от точки к точке, составляет сущность теории близкодействия.

Дальнодействие. Согласно теории действия на расстоянии одно тело действует на другое непосредственно через пустоту и это действие передается мгновенно.

Согласно теории близкодействия взаимодействие между заряженными частицами осуществляется посредством электрического поля. Каждый заряд создает вокруг себя электрическое поле, с помощью которого и осуществляется взаимодействие между зарядами.

Электрическое поле.

Свойства электрического поля:

1) поле материально; оно существует независимо от нас, от наших знаний о нем;

Доказательства реальности электрического поля — конечная скорость распространения элек­тромагнитных взаимодействий и действие поля на заря­женные тела.

2) электрическое поле действует  на электриче­ские заряды с некоторой силой.

Электрическое поле неподвижных зарядов называют электростатическим. Оно не меняется со временем. Электростатическое поле создается только электрическими зарядами. Оно существует в пространстве, окружающем эти заряды, и неразрывно с ними связано.

Напряженность электрического поля.

Силовой характеристикой электрического поля является   - напряженностью электрического поля. Подобно силе, напряженность поля — векторная величина, ее обозначают буквой Е.  Напряженность будет равна:

Напряженность  поля в данной точке равна отношению силы, с которой поле действует на точечный заряд, поме­щенный в эту точку, к этому заряду.

Вектор напряженности в любой точке электрического поля направлен вдоль прямой, соединяющей эту точку и заряд и совпадает с силой, действующей на точечный положительный заряд, помещенный в данную точку.

Если взаимодействуют несколько зарядов, то выполняется принцип суперпозиции электрических полей: Если в данной точке пространства различные заряженные частицы создают электрические поля, напряженности которых  то результирующая напряженность этих полей равна .

Напряженность поля точечного заряда

Выведем формулу, для это выразим скорость из формулы для напряженности и закона Кулона:

F = E · q

Так как левые части равны, приравниваем правые и получаем:

Напряженность поля точечного заряда:

Силовые линии электрического поля.

Электрическое поле не действует на органы чувств. Его мы не видим.

Однако мы можем получить некоторое представление о распределении поля, если нарисуем векторы напряжен­ности поля в нескольких точках пространства.

Силовые линии – это линии, касательные к которым в каждой точке, через которую они проходят, совпадают по направлению с векторами напряженности.

Силовая линия не является траекторией движения заряда. 

Направление силовых линий позволяет определить направ­ление вектора напряженности в различных точках поля, а гус­тота (число линий на единицу площади) силовых линий показывает, где напряженность по­ля больше.

Направление и свойства силовых линий:

1) Силовые лини начинаются на положительном заряде, заканчиваются на отрицательном заряде.

2) Электрическое поле, напряженность которого одинакова во всех точках, называется однородным.

В ограниченной области пространства электрическое поле можно считать приближенно однородным, если напряженность поля внутри этой области меняется незначи­тельно. Однородное электрическое поле изображается параллельными линиями, расположенными на равных расстояниях друг от друга.

3) Силовые линии электрического поля не замкнуты, они начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных.

4) Силовые линии непрерывны и не пере­секаются, так как пересечение означало бы отсутствие определенного направления напряженности электрическо­го поля в данной точке.

Контрольные вопросы:

1. В чем состоит отличие теории близкодействия от теории дей­ствия на расстоянии?

2. Каковы основные свойства электростатического поля?

3. Что называется напряженностью электрического поля?

4. Чему равна напряженность поля точечного заряда?

5. Как формулируется принцип суперпозиции полей?

6. Что называют силовыми линиями электрического поля?

7. Во всех ли случаях траектория заряженной частицы совпадает с силовой линией?

8. Могут ли силовые линии пересекаться?

Примеры решения задач:

Задача 1. Определить напряженность поля, образованного в воздухе точечным зарядом 8·10^-6Кл, в точке расположенной на расстоянии 30 см от заряда.

Задача 2. Какова напряженность поля, создаваемого двумя зарядами 6·10^-9Кл и 20·10^-9Кл в точке, находящейся между зарядами на расстоянии 0,03м от первого заряда на линии, соединяющей заряды? Расстояние между зарядами 0,05м

Задачи для самостоятельного решения:

1. Определить напряженность поля, образованного в воздухе точечным зарядом 7·10^-6Кл, в точке расположенной на расстоянии 60 см от заряда.

2. Два заряда 2·10^-8Кл и 1,6·10^-7 Кл помещены на расстояние 5 см друг от друга. Определить напряженность в точке, удаленной от первого заряда на 3 см и от  второго на 4 см.

3. В двух противоположных вершинах квадрата со стороной 30 см находятся заряды по 2·10^-7 Кл. Найти величину напряженности поля в двух других вершинах квадрата.

4. Два заряда по 25 нКл каждый, расположенные на расстоянии 24 см друг от друга, образуют электростатическое поле. С какой силой это поле действует на заряд 2 нКл, помещенный в точку, удаленную на 15 см от каждого из зарядов, если заряды, образующие поле, одноименные? разноименные?

Домашнее задание:

Составить план обобщенного характера изучения величина напряженность электрического поля.

Пункты плана:

1. Какое явление и свойство тел (веществ) характеризует данная величина.

2. Определение величины.

3. Определительная формула (для производной величины – формула, выражающая связь данной величины с другими).

4. Какая величина – скалярная или векторная.

5. Единица величины в СИ.

6. Способы измерения величины

 Задачи:

1. Какая сила действует на заряд 12 нКл, помещенный в точку, в которой напряженность электрического поля равна 2 кВ/м?

2. Заряды по 0,1 мкКл расположены на расстоянии 6см друг от друга. Найти напряженность поля в точке, удаленной на 5 см от каждого из зарядов. Решить эту задачу для случаев: а) оба заряда положительные; 6) один заряд положительный, а другой отрицательный.