"Физика", Белага В.В., Ломаченков И.А., Панебратцев Ю.А.
Электрическое поле окружает заряды и передаёт их действие другим заряженным телам. Само поле напрямую увидеть нельзя, но его можно обнаружить по силе, действующей на пробный заряд. Главная характеристика поля — напряжённость: она показывает силу, приходящуюся на единицу положительного заряда. Направление напряжённости задают по силе на положительный заряд, а силовые линии помогают наглядно показать направление и относительную силу поля.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Электрическое поле — форма материи, существующая вокруг электрических зарядов и действующая на другие заряды. Это не просто пустая область пространства: поле физически передаёт взаимодействие. Понятие поля помогает объяснить, как один заряд влияет на другой, даже если они не соприкасаются.
Пробный заряд — небольшой положительный заряд, который используют, чтобы определить действие и направление электрического поля. Он должен быть достаточно малым, чтобы заметно не изменить само поле. С его помощью проверяют, действует ли поле в выбранной точке и куда оно направлено.
Напряжённость электрического поля — векторная величина, равная отношению силы, действующей на пробный заряд, к величине этого заряда: E = F/q. Буквой E обычно обозначают напряжённость, F — силу, q — заряд. Эта характеристика позволяет сравнивать поля независимо от того, какой пробный заряд использовали.
Силовая линия электрического поля — воображаемая линия, касательная к которой в каждой точке показывает направление напряжённости поля. Линии изображают поле на рисунках, не считая их реальными нитями или путями движения зарядов. По ним удобно прослеживать направление поля и сравнивать его силу в разных областях.
Заряды взаимодействуют не напрямую: каждый заряд создаёт вокруг себя электрическое поле, и уже поле действует на другие заряды. Такая картина объясняет, почему тела могут притягиваться или отталкиваться на расстоянии. Если поместить заряд в созданное другим зарядом поле, на него действует сила. Значит, поле служит посредником, передающим взаимодействие.
Само поле нельзя увидеть глазами, поэтому о его наличии судят по действию на пробный заряд. Если на такой заряд действует сила, в данной точке есть поле; если заряд переместить, сила может измениться. Пробный заряд берут небольшим, чтобы его собственное поле не исказило заметно исследуемое. По направлению и величине силы можно судить о свойствах поля в этой точке.
Напряжённость показывает, какую силу поле оказало бы на единичный положительный заряд: E = F/q. Если пробный заряд увеличить, сила тоже увеличится пропорционально, но отношение F/q останется тем же. Поэтому напряжённость характеризует поле, а не выбранный для опыта заряд. Единица напряжённости — ньютон на кулон (Н/Кл).
Направление напряжённости задают по направлению силы на положительный пробный заряд. Положительный заряд движется под действием силы в сторону E, а на отрицательный заряд сила действует наоборот. Причина в знаке заряда: при отрицательном q направление силы меняется на противоположное. Поэтому, прежде чем указывать направление силы, нужно выяснить знак заряда.
Силовые линии позволяют изобразить направление напряжённости без множества стрелок в каждой точке. Условно считают, что линии выходят из положительных зарядов и входят в отрицательные. Касательная к линии указывает направление E именно в этой точке, а не направление движения частицы. Чем гуще расположены линии, тем сильнее поле; пересекаться они не могут, поскольку поле в одной точке не имеет двух направлений.
В таблице направление «от заряда» означает, что стрелки расходятся от него, а «к заряду» — сходятся к нему. Направление силы на положительный заряд совпадает с направлением напряжённости, а на отрицательный — противоположно. Чтобы определить силу в задаче, сначала найдите направление поля, затем учтите знак заряда.
| Ситуация | Направление силовых линий и напряжённости | Направление силы на положительный заряд | Направление силы на отрицательный заряд |
|---|---|---|---|
| Поле положительного заряда | От положительного заряда | От положительного заряда | К положительному заряду |
| Поле отрицательного заряда | К отрицательному заряду | К отрицательному заряду | От отрицательного заряда |
| Поле между разноимёнными зарядами | От положительного заряда к отрицательному | От плюса к минусу | От минуса к плюсу |
Задача 1. На заряд 2 Кл в электрическом поле действует сила 6 Н. Найдите напряжённость поля. Напряжённость равна отношению силы к величине заряда, поэтому делить нужно силу на заряд. Проверим единицу: ньютон, делённый на кулон, даёт Н/Кл.
Задача 2. Напряжённость поля направлена вправо. Определите направление силы на положительный, а затем на отрицательный заряд. Направление E по определению совпадает с силой на положительный заряд. Для отрицательного заряда направление силы меняется на противоположное.
Задача 3. На заряд 0,5 Кл в поле напряжённостью 12 Н/Кл действует сила. Найдите её величину и направление, если заряд отрицательный, а напряжённость направлена вверх. Сначала найдём величину силы: она равна произведению модуля заряда на напряжённость. Затем отдельно определим направление, учитывая, что заряд отрицательный.
Считать электрическое поле просто областью вокруг заряда — значит упустить его физический смысл. Такое упрощение возникает потому, что поле нельзя увидеть, и его принимают за условное название пространства. Поле реально проявляет себя силой на другие заряды. Проверяй себя вопросом: может ли находящийся здесь заряд испытать действие?
Напряжённость часто путают с силой, хотя сила зависит от величины заряда, а напряжённость описывает само поле. Путаница появляется из-за того, что обе величины связаны формулой E = F/q. Проверь себя: если заряд изменить, сила изменится, а характеристика данного поля в той же точке останется прежней.
Для отрицательного заряда иногда указывают силу в направлении напряжённости. Это происходит, когда направление поля принимают за направление силы для любого заряда. На деле E задают по силе на положительный заряд, а для отрицательного направление противоположно. Перед ответом отметь знак заряда и сравни направление силы с E.
Силовые линии нельзя считать траекториями заряда или изображать пересекающимися. Эти ошибки появляются, когда условные линии принимают за реальные следы движения. Линия показывает только направление поля в каждой своей точке; пересечение означало бы два направления поля в одном месте. Проверь рисунок: у каждой точки должна быть одна касательная-направление.
Для изучения электрического поля нужно знать, что заряды бывают положительными и отрицательными, а одноимённые заряды отталкиваются и разноимённые притягиваются. Эти сведения помогают понять, какие поля создают заряды и куда направлены силы. Позже представление о поле пригодится при изучении электрического тока и действия поля на заряженные частицы. Оно помогает объяснить, почему заряженные частицы начинают двигаться под действием сил.
Как можно обнаружить электрическое поле?
В поле помещают небольшой пробный заряд и наблюдают, действует ли на него сила. Если заряд испытывает силовое действие, значит, в этой области есть электрическое поле.
Чем напряжённость отличается от силы?
Сила показывает действие поля на конкретный заряд и зависит от его величины. Напряжённость характеризует само поле: это сила, приходящаяся на единицу положительного заряда.
Почему направление поля определяют по положительному заряду?
Так договорились, чтобы однозначно задать направление напряжённости. Оно совпадает с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.
Как определить направление силы, действующей на отрицательный заряд?
Сначала определите направление напряжённости, то есть силы на положительный заряд. На отрицательный заряд сила направлена противоположно.
Что показывает густота силовых линий?
Она показывает, где поле сильнее: чем гуще линии, тем больше напряжённость. Линии служат способом изображать поле, а не траекториями движения зарядов.
26. Электрическое поле
