Электрическое поле и его напряженность. Принцип суперпозиции полей точечных зарядов презентация

Электрическое поле и его напряженность
Электрическое поле неподвижных зарядов = электростатическое поле
Закон Кулона: сила электрического взаимодействия проявляется только между двумя заряженными телами
- для воздуха и для вакуума

Электрическое поле и его напряженность
Если положить q2 = 0, то и F = 0
НО!
Заряженное тело способно притягивать нейтральные тела (q = 0)
причина
Электризация тел вблизи заряженного тела
Взаимодействие между наведенными зарядами происходит по закону Кулона

Электрическое поле и его напряженность
Действие заряженного тела на окружающие тела проявляется в виде сил притяжения и отталкивания, стремящихся поворачивать эти тела по отношению к заряженному телу.
Все это можно наблюдать с помощью следующего опыта:

Электрическое поле и его напряженность
1 – кювета, содержащая касторовое масло с частицами манной крупы;
2 – проводники, соединенные с электрической машиной и создающие электрическое поле;
3 – источник света;
4 – экран, на который проецируется тень от частичек манной крупы

Электрическое поле и его напряженность
Нальем в небольшую стеклянную кювету какой-либо жидкий диэлектрик (например, масло) к которому подмешан порошок с крупинками удлиненной формы (манная крупа в касторовом масле). В кювету поместим, например, две металлические пластинки, и соединим их с электрической машиной, позволяющей непрерывно разделять положительные и отрицательные заряды.
Чтобы удобно было следить за поведением взвешенных в масле крупинок, спроецируем изображение всей картины на экран или просто отбросим тень кюветы на потолок. При заряде пластинок можно видеть, что отдельные крупинки, расположенные вначале совершенно беспорядочно, начинают перемещаться и поворачиваться, и в конце концов устанавливаются в виде цепочек, тянущихся от одного электрода к другому. В этом опыте каждая крупинка подобна маленькой стрелке. Небольшие размеры крупинок позволяют разместить их одновременно во многих точках среды и благодаря этому обнаружить, что действие заряженного тела проявляется во всех точках окружающего пространства.

Электрическое поле и его напряженность
Вывод: можно судить о существовании электрического заряда в каком-нибудь месте по действиям, производимым им в различных точках окружающего пространства.
В зависимости от заряда и формы заряженного тела действие его в различных точках пространства будет различным
для полной характеристики заряда надо знать, какое действие он производит во всевозможных точках окружающего пространства, или, как говорят, надо знать электрическое поле, которое возникает вокруг заряда

Электрическое поле и его напряженность
Понятием «электрическое поле» мы обозначаем пространство, в котором проявляются действия электрического заряда
электрическое поле есть самостоятельная физическая реальность, не сводящаяся ни к тепловым, ни к механическим явлениям
Для количественной характеристик электрического поля можно использовать любое из его действий
Обычно пользуются механическими действиями поля на заряженные частицы

Электрическое поле и его напряженность
Понятием «электрическое поле» мы обозначаем пространство, в котором проявляются действия электрического заряда
q
q0
q – заряд, создающий электрическое поле;
q0 – пробный заряд

Электрическое поле и его напряженность
Понятием «электрическое поле» мы обозначаем пространство, в котором проявляются действия электрического заряда
q
q0
q – заряд, создающий электрическое поле;
q0 – пробный заряд, нанесенный, например, на легкий шарик, подвешенный на шелковой нити

Электрическое поле и его напряженность
q
q0
Измеряя угол отклонения шарика можно определить действующую на него со стороны электрического поля силу.
По закону Кулона эта сила пропорциональна величине пробного заряда.
Увеличивая заряд в 2, 3, 4 и более раз мы будем наблюдать увеличение силы в 2, 3, 4 и более раз

Электрическое поле и его напряженность
Вывод: отношение F/q0 – уже не зависит от величины пробного заряда и характеризует электрическое поле только в той точке, где находится пробный заряд.
Отношение F/q0 численно равное силе, действующей на единичный заряд, принимают за количественную меру поля и называют напряженностью поля
таким же образом будет характеризоваться и поле, созданное не одним каким-либо зарядом q, а любой совокупностью зарядов

Электрическое поле и его напряженность
Напряженность электрического поля в данной точке пространства есть отношение силы, действующей на заряд, помещенный в точку, к заряду
Определение:

Электрическое поле и его напряженность
Напряженность, равная единице, есть напряженность такого поля, в котором на единичный заряд действует сила, равная единице.
За единицу напряженности принимают напряженность поля, в котором на заряд, равный одному кулону, действует сила, равная одному ньютону.
Система СИ:
Эту единицу называют вольтом на метр (В/м)
[E] = В/м

Электрическое поле и его напряженность
Напряженность электрического поля
E – векторная физическая величина (так как зависит от силы)
Любая сила определяется не только численным значением, но и направлением
Для полной характеристики напряженности надо указать также и ее направление

Электрическое поле и его напряженность
За направление напряженности поля принимают направление силы, действующей на положительный заряд!!!
- сила, действующая на заряд q со стороны электрического поля
Если q > 0 - векторы F и E направлены в одну сторону
Если q < 0 - векторы F и E направлены в противоположные стороны
Направление вектора E не зависит от знака заряда q

Электрическое поле и его напряженность
Напряженность поля точечного заряда
r – радиус-вектор, проведенный из заряда q к заряду q0.
- напряженность поля точечного заряда на расстоянии r от него

Электрическое поле и его напряженность
Вектор напряженности в любой точке электрического поля направлен вдоль прямой, соединяющей эту точку и заряд:
от заряда, если q > 0 (рис. а)
к заряду, если q < 0 (рис. b)

Принцип суперпозиции полей
Вычислим напряженность поля, вызванного двумя точечными зарядами q1 и q2:
E1 – напряженность поля в некоторой точке А, вызванная зарядом q1 (когда заряд q2 отсутствует)
E2 – напряженность поля в некоторой точке А, вызванная зарядом q2 (когда заряд q1 отсутствует)

Принцип суперпозиции полей
Опыт показывает, что при совместном действии обоих зарядов напряженность поля в точке А может быть найдена по правилу параллелограмма
если из точки А отложить отрезки, изображающие по модулю и по направлению напряженности E1 и E2, и на этих отрезках, как на сторонах построить параллелограмм, то напряженность E результирующего поля по модулю и направлению представится диагональю этого параллелограмма.

Принцип суперпозиции полей
Геометрическое получение напряженности поля, создаваемого двумя точечными зарядами:

Принцип суперпозиции полей
Последовательно применяя правило параллелограмма, можно вычислить напряженность электрического поля не только двух, но и любого числа зарядов
Напряженность поля системы зарядов в данной точке равна геометрической (векторной) сумме напряженностей полей, созданных в этой точке каждым зарядом в отдельности:
Принцип суперпозиции полей

Напряженность поля
Справочная информация:
Линии напряженности – линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с вектором напряженности электростатического поля в этой точке.
Линии напряженности не пересекаются.
Положительный заряд является источником линий напряженности; отрицательный заряд является стоком линий напряженности.
Модуль вектора напряженности пропорционален степени сгущения линий напряженности электростатического поля. Электрическое поле, векторы напряженности которого одинаковы во всех точках пространства, называется однородным.