Електричне поле: визначення
Для того, щоб знайти силу, яка діє між двома електричними зарядами, треба знати значення кожного з них і відстань між зарядами. Якщо таких зарядів два, завдання легко вирішується за допомогою закону Кулона. А як бути, коли електричних зарядів багато? Для таких випадків фізики ввели поняття електричного поля.
За допомогою електричного поля можна описати, як безліч зарядів буде впливати на якийсь пробний заряд, який може бути поміщений в будь-яку точку електричного поля. Для цього досить помножити величину пробного заряду на величину напруженості поля в тій точці, де знаходиться пробний заряд.
E = F / q (Н – Кл-1)
E – напруженість електричного поля;
F – сила, яка діє на пробний заряд з боку безлічі зарядів;
q – величина пробного заряду.
Напруженість електричного поля є векторною величиною, має свій модуль і напрямок. Якщо заряд в точці позитивний – напрямок сили збігається з напрямом напруженості поля в цій точці; якщо заряд негативний – сила спрямована в протилежний бік.
Напруженість електричного поля в будь-якій точці є результуючим вектором, і обчислюється шляхом додавання складових векторів електричних полів.
Електричне поле точкового заряду
Під точковим зарядом розуміється заряд дуже малого фізичного об’єкта.
Точковий заряд Q створює якесь електричне поле. При цьому, за допомогою пробного заряду q можна виміряти в різних точках силу, яку викликає заряд Q:
F = kqQ / r2
E = F / q = kQ / r2
Напруженість електричного поля точкового заряду є векторною величиною, вона спрямована по прямій, що з’єднує центри двох зарядів, при цьому лінії поля виходять з позитивних зарядів і сходяться у негативних зарядів. Дана модель була вперше запропонована в 19 столітті Майклом Фарадеєм.
Електричне поле двох точкових зарядів
Треба розуміти, що лінії електричного поля не можуть починатися і закінчуватися в певній точці простору, де немає електричного заряду.
Для того, щоб визначити величину електричного поля від кількох зарядів в конкретній точці поля, необхідно скласти вектори напруженості полів в цій точці.
Електричне поле плоского конденсатора
Слід визнати, що завдання обчислення електричного поля від множинних точкових зарядів, досить складна. Фізики, як народ досить “ледачий”, вирішили для спрощення завдання використовувати моделі простих електричних полів, наприклад, плоский конденсатор.
В електричному конденсаторі позитивні і негативні заряди зберігаються окремо – кожен на своїй пластині, при цьому вони притягуються, але не з’єднуються, тому що пластини конденсатора розділені діелектриком.
Електричне поле плоского конденсатора
Припустимо, далека пластина конденсатора на верхньому малюнку заряджена позитивно (на пластині рівномірно розподілені точкові заряди + q), а нижня – негативно (на пластині рівномірно розподілені точкові заряди – q). При цьому всі компоненти напруженостей електричних полів, які створюються точковими зарядами, взаємно компенсують один одного, за винятком компонент, спрямованих перпендикулярно пластин конденсатора. Таким чином, між двома пластинами плоского конденсатора, розташованими паралельно один одному, створюється постійне електричне поле, напруженість якого можна обчислити за формулою:
E = q / (ε0A)
ε0≈8,85 – 10-12Кл2Н-1м-2 – електрична постійна.
q – загальний заряд для кожної з пластин.
А – площа кожної пластини.
Ставлення q / A називається щільністю заряду σ (характеризує заряд, який припадає на одиницю площі). В такому випадку, напруженість поля буде дорівнює:
E = σ / ε0
Така модель плоского конденсатора значно спрощує завдання пошуку напруженості електричного поля, оскільки вона є сталою і має постійний напрямок (з позитивної пластини на негативну), тому, напруженість електричного поля буде однаковою в будь-якому місці між пластинами конденсатора.
(2 votes, average: 5.00 out of 5)