§ 1.3. Электрическое поле и его характеристики
Физическая природа электрического поля и его графическое изображение. В пространстве вокруг электрически заряженного тела существует электрическое поле, представляющее собой один из видов материи. Электрическое поле возникает также при изменении магнитного поля. Электрическое поле является одной из сторон электромагнитного поля, которое отличается непрерывным распределением в пространстве, обнаруживает дискретность структуры, распространяется в вакууме со скоростью 3·108 м/с, оказывает на заряженные частицы силовое воздействие, зависящее от скорости частиц. Электрическое поле обладает массой, количеством движения и запасом электрической энергии, которая проявляется в виде электрических сил, действующих на находящиеся в поле заряженные тела.
Электрическое поле условно изображают в виде электрических силовых линий, которые показывают направления действия электрических сил, создаваемых полем. Вектор электрической силы всегда направлен по касательной к линии электрического поля. Принято направлять силовые линии в ту сторону, в которую двигалась бы в электрическом поле положительно заряженная частица. Электрические силовые линии расходятся в разные стороны от положительно заряженных тел и сходятся у тел, обладающих отрицательным зарядом.
Рис. 1.3.1. Простейшие электрические поля:
|
|
а) одиночных положительного и отрицательного зарядов; |
б) двух разноименных зарядов; |
|
|
в) двух одноименных зарядов; |
г) двух параллельных и разноименно заряженных пластин. |
Поле, созданное двумя плоскими разноименно заряженными параллельными пластинами (рис. 1.3.1, г), называется однородным.
Электрическое поле можно сделать видимым, если поместить в него взвешенные в жидком масле частички гипса: они поворачиваются вдоль поля, располагаясь по его силовым линиям (рис. 1.3.2.).
Рис. 1.3.2. Картина распределения силовых линий электрического поля:
|
|
|
а) заряженный шар; |
б) разноименно заряженные шары; |
в) разноименно заряженные пластины. |
Напряженность поля. Электрическое поле действует на внесенный в него заряд q (рис. 1.3.3.) с некоторой силой F. Об интенсивности электрического поля можно судить по значению силы, с которой притягивается или отталкивается электрический заряд, принятый за единицу. В электротехнике интенсивность поля характеризуют напряженностью электрического поля Е.
Рис. 1.3.3. Схема действия электрического поля на внесенный в него электрический заряд
Под напряженностью понимают отношение силы F, действующей на заряженное тело в данной точке поля, к заряду q этого тела.
.
(1.3.1.)
Размерность напряженности в СИ: [E] = Н / Кл = Дж / (м·Кл) = А·В·с / (м·А·с) = В /м
Поле с большой напряженностью Е изображается графически силовыми линиями большой густоты; поле с малой напряженностью — редко расположенными силовыми линиями. По мере удаления от заряженного тела силовые линии электрического поля располагаются реже, т. е. напряженность поля уменьшается (см. рис. 1.3.1, а, б и в). Только в однородном электрическом поле (см. рис. 1.3.1, г) напряженность одинакова во всех его точках.