Закон Кулона. Напруженість електричного поля

З вичайним|звичним| станом|достатком| тіл, що оточують нас, є|з'являється| стан|достаток| електрично нейтральне, хоча вони і складаються з частинок|часток|, що володіють електричним зарядом. Це пояснюється|тлумачить| рівністю загального|спільного| позитивного заряду ядер атомів загальному|спільному| негативному|заперечному| заряду електронів.

Тіло може отримати|одержувати| електричний заряд в результаті якого - небудь процесу, який приведе до нерівності в об'ємі|обсязі| тіла або частини|частки| його позитивно і негативно|заперечний| зарядів.У тому або іншому випадку заряджені частинки|частки| не пропадають, а передаються від одного тіла іншому або переміщаються в даному телі, тобто|цебто| відбувається|походить| просторове розділення|поділ| позитивно і негативно|заперечний| заряджених частинок|часток|.

Електризація тіл може бути здійснена тертям, електричною індукцією або в результаті|унаслідок| інших фізичних і хімічних процесів|. Деякі з них далі будуть розглянуті|розглядувати|.

Нерухоме тіло, володіюче электричним зарядом, так як и и нерухома еэлементарна заряджена частинка, оповита електричним полем. Електричне поле нерухомого зарядженого тіла (частинки) називається электростатичним.

Відмічена раніше властивість електричного поля - силова дія на нерухомі заряджені частинки |частки| і тіла – використовуються з метою його виявлення і вивчення. Для цього потрібно помістити в простір|простір-час| навколишнє|довколишнє| тіло із|із| зарядом Q, а інше тіло із|із| зарядом q (рис.1.4) називатимемо перше тіло разом цього|сього| полемо досліджуваним, а друге тіло пробним.

Рис.1.4 - Взаємодія двох точкових|крапкових| заряджених тіл

Досвід|дослід| показує, що на кожне з двох заряджених тіл діють однакові сили, направлені|спрямовані| так, що тіла із|із| зарядами одного знаку відштовхуються, а тіла із|із| зарядами різних знаків притягуються.

Електричне поле пробного тіла розподілене в тому ж просторі, що і досліджуване поле. Тому досліджуване поле за наявності у ньому пробного зарядженого тіла винне відрізнятися від того поля, яку пов'язане з відокремленим досліджуваним тілом.

Відповідно до принципу накладення можна вважати|гадати|, що два заряджені тіла оточено загальним|спільним| електричним полем, яке виходить в результаті|унаслідок| накладення два полів, кожне з яких окремо|нарізно| пов'язане зі своїм зарядженим тілом, коли останнє відокремлене.

У|біля| такому разі| силу F_э |, можна| розглядати| як результат силової дії загального|спільного| електричного| поля на кожне| із заряджених| тіл|.

Заряджене тіло називається точковим, якщо його лінійні розміри дуже малі порівняно з відстанню від нього до точок, в яких розглядається його електричне поле.

Величина сили, з|із| якою на кожне з двох точкових|крапкових| заряджених тіл, розташованих|схильних| в порожнечі|пустоті|, діє їх загальне|спільне| електричне поле, пропорційна|пропорціональна| твору|добутку| зарядів цих тіл і назад пропорційна|пропорціональна| квадрату відстані між ними

, (1.1)

де Q u q - величина| зарядів точкових|крапкових| тіл; r - відстань між їх центрами;

- коефіцієнт пропорційності, значення якого визначається вибором системи одиниць.

Величина в знаменнику цього коефіцієнта називається електричною постійною, яка в Міжнародній системі одиниць (СІ) має значення:

.

Інші величини, що входять у формулу (1.1.), мають наступні|слідуючі| одиниці вимірювання|виміру|: сила F_э - ньютон|; кількість електрики (електричний заряд) q – кулон.

|(Електричні і магнітні одиниці СІ встановлені|установлені| для форми рівнянь, що раціоналізувала, яка передбачає відсутність постійного множника 4p| і найбільш важливих|поважних| і часто використовуваних рівняннях електротехніки. Наявність цього множника в знаменнику формули (1.1), яка теж|також| написана у формі, що раціоналізувала, обумовлена сферичною симетрією електричного| поля точкового|крапкового| зарядженого тіла.

Формула (1.1) і подальші вирази, що відносяться до електрическому полю в порожнечі справедливі і для електрического поля в повітрі.

Припустимо, що розміри пробного тіла і його заряд q такі малі, що заряд Q досліджуваного тіла і його електричне поле не змінюються, тобто залишаються такими ж, якими у разі самоти. Пробне тіло при цьому можна розглядати як інструмент для реєстрації механічної сили.

Поміщаючи пробне заряджене тіло в різні точки|точки|, можна досліджувати інтенсивність електричного| поля. Згідно|згідно з| закону Кулона, сила пропорційна|пропорціональна| величині пробного заряду. У зв'язку з цим інтенсивність електричного| поля в даній точці| зручно оцінювати величиною сили, що приходить на одиницю позитивного заряду пробного тіла в тій же точці|точці|, тобто|цебто| відношенням:|ставленням|

. (1.2)

Це відношення, що характеризує силову дію електричного поля на електрично заряджені тіла частинки, называється напругою електричного поля і позначається Е.

Напруженість електричного поля в даній точці, є вектор, чисельне значення якого дорівнює відношенню сили, що діє на поміщене в цю точку пробне тіло, що володіє позитивним зарядом, до величини цього заряду, а напрям збігається з напрямом сили.

Одиниця напруженості електричного поля

.

Ця одиниця напруженості електричного поля спеціальної назви не має. Із|із| закону Кулона виходить, що напруженість електричного поля відокремленого точкового|крапкового| зарядженого тіла

, (1.3)

де Q - величина заряду тіла.

Для наочного|наглядного| зображення електричного поля користується лініями напруженості електричного поля, яке далі скорочено називатимемо лініями напруженості (силовими лініями). Лінії напруженості проводяться так, що вектор напруженості поля збігається з|із| дотичною в кожній точці цієї лінії.

Силовими лініями одиночного точкового|крапкового| зарядженого тіла є радіальні прямі, що проведені через точку|точку|, в якій находиться|перебуває| це тіло, оскільки|тому що| в будь-якій точці навколишнього|довколишнього| простору|простір-час| сила, що діє на пробне тіло, направлена|спрямована| по прямій, що сполучає|з'єднує| центри заряджених тіл.

Якщо заряд тіла позитивний, силові лінії направлені|спрямовані| від центру тіла

(рис.1.5. а).

При негативному|заперечному| заряді лінії напруженості направлені|спрямовані| до центра тіла.

Рис. 1.5 - Зображення електричного поля відокремлених точкових|крапкових| заряджених тіл

Якщо заряд тіла позитивний, силові лінії направлені|спрямовані| від центру тіла

(рис.1.5 ,а). При негативному|заперечному| заряді лінії напруженості направлені|спрямовані| до центру тіла (рис.1.5, б).

Розглянемо|розглядуватимемо| електричне поле групи заряджених точкових|крапкових| тіл.

а) б)

Рис.1.6 - Лінії напруженості електричного поля групи з|із| двох точкових|крапкових| заряджених тіл

Напруженість результуючого поля в кожній точці|точці| дорівнює геометричній сумі напряженості| полів, обумовлених всіма зарядами. На рис 1.7. представлено поле простої групи з|із| двох точкових|крапкових| тіл, що володіють однаковими по величині зарядами:

а) різнойменними, б) однойменними.

Електричне поле називається рівномірним, якщо напруженість його в усіх точках однакова по величині і напряму. Рівномірне поле виходить

Рис.1.7 - Лінії напруженості рівномірного електричного поля

між двома паралельними пластинами, розміри яких великі в порівнянні з відстанню між ними (рис.1.7).