Напряженность электрического поля

НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ в классической электродинамике (E ) - векторная характеристика электрич. поля, сила, действующая па покоящийся в данной системе отсчёта единичный олектрич. заряд. При этом предполагается, что внесение заряда (заряженного пробного тела) во внеш. поле E не изменяет такового. Иногда вместо H. э. п. говорят просто "электрич. поле". Размерность Н. э. п. в гауссовой системе - L ^-1/2 M ^1/2 T ^-1, в СИ - LMT ^-3 I ^-1; единицей H. э. п. в СИ является вольт на метр (1 СГСЭ = 3^.10⁴ В/м). Распределение H. э. п. в пространстве обычно характеризуют с помощью семейства линий E (силовых линий электрич. поля), касательные к к-рьш в каждой точке совпадают с направлениями вектора E. Как и любое векторное поле, поле E разбивается на две составляющие: потенциальную ([ E _п) = 0, E _п = - j ^е)и вихревую ( Е _B = 0, Е _B = [ A ^m ]). В частности, электрич. поле, создаваемое системой неподвижных зарядов, является чисто потенциальным. Электрич. поле излучения, в т. ч. поле E в поперечных эл--магп. волнах, является чисто вихревым. Вместе с вектором магн. индукции В H. э. п. составляет единый 4-тензор электромагнитного поля. Поэтому чисто олектрич. поле данной системы зарядов существует лишь в "избранной" системе отсчёта, где заряды неподвижны. В др. инерцпальных системах отсчёта, перемещающихся относительно "избранной" с пост. скоростью u, возникает ещё и магнитное поле В ' = = [ u E ]/ , обусловленное появлением конвекц. токов j = r u / (r - плотность заряда в "избранной" системе).

Для характеристики полей в материальных средах помимо H. э. и. вводят ещё вектор поляризации среды Р^е (E), равный дипольноту моменту единицы объёма. Обычно оба эти вектора объединяются в вектор электрической индукции, или электрич. смещения, D = E + + 4p P ^e. Источниками поля D являются свободные заряды ( D = 4pr), источниками поля E - совокупность свободных (r) и связанных (r_св) зарядов E = 4p(r + r_св),= - ^. P ^е· В линейных средах, где P ^e есть линейная ф-ция E, имеет место принцип суперпозиции, согласно к-рому поле, создаваемое суммой зарядов , равно векторной сумме полей, создаваемых парциальными зарядами .

В классич. электродинамике иногда вводят "естеств." значение H. о. п., E *_кл = т ² _eс ⁴ /|е| ³ = 6·10¹⁵ СГСЭ, выражаемое через фундам. константы и равное приблизительно H. э. п. на поверхности заряж. тела, служащего классич. моделью электрона (заряд е= -4,8^.10^-10СГСЭ, радиус r_е= 2,8·10^-13 см). Однако в таких сильных полях становятся существенными квантовые эффекты; в квантовой электродинамике критич. значение H. э. п. для частицы с массой т и зарядом е равно E *_кв = m ² с ³/ | е|. Работа по перемещению частицы в таком поле на расстояние комптоновской длины волны ^-l^- = (2p/h)/ mc равна энергии покоя частицы. Для электрона E *_кв = 4,4·10¹³СГСЭ; при Е> E *_кв происходит эфф. рождение электронно-позитронных пар (см. Рождение пар).Отношение E *_кв/ E *_кл - 1/137, т. е. равно постоянной тонкой структуры.

Для прецизионных измерений статич. и медленно изменяющихся электрич. полей обычно используют Штарка эффект.Повседневные рабочие измерения часто производят опосредованно, через значение прикладываемых напряжений или через величины наведённых эдс на зондах и щупах.