Лекции по физике

Ядерная энергетика
Ядерный топливный цикл
Реактор"Феникс"
Оружейный уран и плутоний
Добыча урановой руды
Обогащение урана
Атомная бома «Малыш»
Радионуклиды
Транспортировка радиоактивных веществ
Твэлы энергетических реакторов
Радиохимические заводы России
Курсовой проект по дисциплине
"Детали машин"
Технические требования на чертеже
редуктора
Выбор параметров и расчёт цилиндрических
зубчатых передач
Расчёт зубьев червячного колеса на
выносливость
Пример выполнения курсового проекта
Расчет резьбовых соединений
Зубчатые передачи
Методы повышения износостойкости
деталей машин
Червячные передачи
В зацеплении Новикова
Повреждение поверхности зубьев
Проверочный расчет на выносливость
при изгибе
Приводные ремни и область их применения
Проектирование новой машины
Проектный расчет валов
Муфты продольно-разъемные
Классификация приводных муфт
Лекции по физике
Динамика твердого тела
Вынужденные колебания и волны
Основы термодинамики
Диэлектрики
Получение переменного тока
Оптика

Фотоэлектрический эффект

Электрическое поле. Напряженность электрического поля

q2(q3,q4...)

 

Рис.3.

 

q1

 

F12

 

A

 
Мы уже подсчитали силу электростатического взаимодействия между двумя точечными зарядами с помощью закона Кулона. Но не задавались при этом вопросом о том, как удаётся взаимодействовать этим зарядам. Они ведь не находятся в непосредственном контакте. В таких случаях физики говорят, что взаимодействие происходит посредством поля. В нашем случае это поле принято называть электрическим полем (точнее электростатическим). О том, что собой представляет это поле, мы еще поговорим. Сейчас введем его количественную характеристику. Сделаем это следующим образом. Поместим в точку А точечный заряд q1, а в точку В – точечный заряд q2 (рис.3). Со стороны заряда q1, на заряд q2 действует сила F12 (на рисунке заряды q1 и q2 ­– одноимённые). Уберём заряд q2 и поместим в точку В другой заряд q3. На него действует со стороны q1 другая сила F13 . При помещении в точку В заряда q4 сила будет F14. Все эти силы F12, F13, F14 различны, но их отношение к величине соответствующего заряда оказываются величиной постоянной и не зависит от величины заряда, находящегося в точке В

Это отношение зависит лишь от q1 и расстояния от А до В. Таким образом, можно рассматривать отношение как характеристику того изменения в пространстве, которое создаётся зарядом q1, т.е. как характеристику электрического поля, создаваемого зарядом q1. Заряд q1 принято называть зарядом – источником электрического поля, а заряд q2, с помощью которого мы это поле обнаружили по действующей на этот заряд силе, пробным электрическим зарядом. Исследо­ванное нами отношение, которым мы договорились характеризовать электрическое поле, договорились называть напряженностью электрического поля и обозначать Е

  (1-2) Напряжённость электрического поля находится как отношение силы, действую­щий на точечный пробный заряд, помещённый в данную точку поля, к величине этого пробного заряда.  Напряженность электрического поля – величина векторная. Вектор напряженности электрического поля направлен по направлению силы, действующей на положительный пробный заряд

Пользуясь определением напряженности поля (1-2) и законом Кулона (1-1) можно найти напряженность электрического поля, создаваемого точечным зарядом q1

  (1-3) Поле это убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от заряда – ис­точника до тех точек, в которых исследуется поле.

 

Принцип суперпозиции электрических полей

Слово суперпозиция означает наложение. Речь идет о том, как находить электрические поля, если они создаются не одним зарядом, а несколькими. Заключается этот принцип в том, что напряженность поля системы точечных неподвижных зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, которые создавал бы каждый из зарядов в отдельности в отсутствии других зарядов

 Е=Е1+Е2+Е3+ . . .= (1-4) Этот принцип выражает одно из самых замечательных свойств поля и позволяет в принципе вычислять напряженность любой системы зарядов, представив ее как совокупность точечных зарядов. При всей простоте и естественности этого принципа он должен был пройти экспериментальную проверку, которую он успешно выдержал. Так что принцип суперпозиции электрических полей представляет собой опытный факт. Следует отметить, что иногда этот принцип нарушается. Это происходит тогда, когда речь заходит о, так называемых, нелинейных явлениях, происходящих в очень сильных полях.

А существует ли электрическое поле?

Понятие электрического поля оказывается весьма удобным при нахождении силы взаимодействия между зарядами. Эту силу легко найти, если речь идет о взаимоденйствии между двумя точечными зарядами. Как поступать, если поле создается совокупностью электрических зарядов? В этом случае удобно задачу о нахождении силы взаимодействия разбить на два этапа. На первом этапе можно найти напряженность поля, создаваемого зарядами – источниками поля. На втором этапе можно уже искать силу, действующую со стороны поля на пробный заряд.

При таком подходе возникает вопрос о том, существует ли на самом деле электрическое поле? Может его нет, а мы вводим это понятие для удобства расчета силы, действующей на пробный заряд? Иными словами надо ответить на такой вопрос, действительно ли один из зарядов создает поле, а это поле действует на заряд с некоторой силой или заряды взаимодействуют между собой непосредственно без какого-либо поля? Выбрать между этими двумя подходами, оставаясь в рамках электростатики практически невозможно. Электростатическое поле существует при наличии зарядов, его создавших и это не позволяет осуществить выбор. Иная ситуация возникает при рассмотрении переменных электромагнитных полей. Эти поля могут существовать и действовать на токи и заряды даже без источников, их создавших, и это делает выбор между двумя подходами совершенно однозначным. Тем не менее, оставаясь в рамках электроста­тики можно попробовать осуществить выбор. Для этого попробуем осуществить некоторый мысленный эксперимент.

Возьмем два одинаковых по абсолютной величине, но противоположных по знаку заряда. Такую систему принято называть электрическим диполем. Расположим заряды на некотором расстоянии друг от друга. Эти заряды создают электрическое поле, которое действует на пробный заряд q1, помещенный вдали от зарядов – источников в точке А (рис.4). Можно рассуждать иначе. Заряды +q и -q действуют с некоторой силой на заряд q1. Как выбрать, какой из этих подходов справедлив?

 

 

 

 

 


Начнем сближать заряды +q и -q. В какой-то момент они соприкос­нутся и нейтрализуют друг друга. Теперь следует ответить на вопрос, сила, дейст­вующая на q1, исчезнет в момент нейтрализации зарядов – источников или несколько позже, когда информация об их нейтрализации достигнет точки А. Если мы стоим на позициях теории близкодействия, основным представлением которой является конечность скорости распространения сигнала, то выбор очевиден. После нейтрализации зарядов на заряд q1 некоторое, пусть очень небольшое время, действует сила. И теперь надо дать себе отчет о том, со стороны какого объекта действует эта сила. Зарядов – источников уже нет, а сила действует. Значит, она действует со стороны электрического поля.

Эти рассуждения позволяют нам теперь точно опираться на понятие поля, считать, как принято говорить, что электростатическое поле – это объективная реальность.

На главную