Теоретичні відомості. Нерухомий заряд створює в навколишньому просторі електростатичне поле, яке проявляється за силовою дією на вміщений у будь-яку точку поля інший заряд

Нерухомий заряд створює в навколишньому просторі електростатичне поле, яке проявляється за силовою дією на вміщений у будь-яку точку поля інший заряд.

Електростатичне поле має дві характеристики - силову та енергетичну. Кількісна силова характеристика називається напруженістю . Ця величина векторна і в даній точці поля чисельно дорівнює силі , яка діє з боку поля на одиничний позитивний заряд q₀, внесений в дану точку поля:

. (1)

Електростатичне поле зручно зображувати у вигляді силових ліній. Густина силових ліній характеризує числове значення напруженості, а дотичні до них у кожній точці збігаються з напрямком вектора напруженості.

Силові лінії починаються на позитивних зарядах і закінчуються на негативних, вони ніде не перетинаються, тому що в кожній точці поля вектор має лише один напрямок.

Енергетичною характеристикою електростатичного поля є потенціал. Ця величина чисельно дорівнює роботі A, яку виконують сили поляпри переміщенні одиничного позитивного точкового заряду з даної точки поля в нескінченість:

. (2)

Різниця потенціалів (напруга) між двома точками поля визначається роботою по переміщенню одиничного позитивного точкового заряду з однієї точки простору в іншу:

. (3)

Геометричне місце точок з однаковим потенціалом називається еквіпотенціальною поверхнею. Лінії напруженості в кожній точці ортогональні до еквіпотенціальних поверхонь. Дійсно, при переміщенні заряду вздовж еквіпотенціальної поверхні робота, яка згідно (3) визначає різницю потенціалів двох точок поля, дорівнює нулю (потенціал не змінюється). З іншого боку за визначенням DA = F^.Dl^.cosa = 0. Тут переміщення Dl відбувається вздовж еквіпотенціальної поверхні, а сила спрямована вздовж силової лінії. Обидві ці величини не дорівнюють нулю, таким чином, cos a = 0 і відповідно a = 90⁰.

Зв'язок між напруженістю поля та потенціалом виражається співвідношенням: , де - градієнт, що пов’язує скалярну величину (потенціал) з векторною величиною (напруженістю електричного поля). Знак "-" вказує на те, що вектор напруженості поля спрямований в бік зменшення потенціалу.

На рис.1 зображений переріз картини розподілу еквіпотенціальних поверхонь і силових ліній площиною рисунка для електростатичного поля двох протилежно заряджених кульок. У цьому випадку за напрямок зміни потенціалу вибираємо напрямок силової лінії, тому .

Рис. 1.