Изучение электростатического поля: Методическое пособие к лабораторной работе № 2

Министерство образования Российской Федерации

ХАБАРОВСКИЙ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра общей физики

Доц. В.Г.Довбило

ЛАБОРАТОРНЫЙ

ПРАКТИКУМ

ПО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ

ФИЗИКЕ

 

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ

«ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ»

Хабаровск 2000

§1. Электростатическое поле

Количественное изучение электростатического поля началось в 1875 году с установления опытным путём Ш.Кулоном закона взаимодействия точечных электрических зарядов:

 

Этот закон лежит в основе электростатики, на нём построены все другие выводы и положения.

Одновременно с установлением закона Кулона был постав-лен ряд вопросов : «Каким образом взаимодействуют заряды? Как передаётся взаимодействие? Происходят ли какие-либо изменения в окружающем пространстве при наличии только одного заряда? и т.д.»

В процессе развития теории электричества существовало два предположения. В одном из них считалось, что взаимодействие передаётся без участия промежуточных тел или среды, т.е. через пустоту и при том мгновенно (теория дальнодействия). Понятно, что в таком случае присутствие заряда не производит никаких изменений в окружающем пространстве.

Современная физика отказалась от теории дальнодейсствия как противоречащей опыту. В частности доказано, что передача взаимодействия происходит не мгновенно, а с конечной скоростью. С философской точки зрения теория дальнодействия не приемлема, так как передача взаиможействия (движения) через пустоту без участия материи означает возможность движения без материи.

Другое предположение (теория близкодействия) утвержда-ет, что любое взаимодействие между двумя телами может переда-ваться последовательно от точки к точке с конечной скоростью и только при наличии некоторого физического агента, окружающе-го эти тела. Даже при наличии только одного заряда в окружаю-щем пространстве происходят определённые изменения. Идея близкодействия принята в современной физике и доказана экспериментально.

Любой электрический заряд создаёт вокруг себя особый вид материи, который называется электрическим полем. Заряды взаимодействуют  друг с другом через окружающие их поля.      Поле одного заряда действует на другой и наоборот.

Наши органы чувств не могут непосредственно обнаружить электрическое поле, но по воздействию  поля на электрические заряды мы можем исследовать и описать его свойства, а также убедиться в его реальном существовании независимо от человеческого сознания и обладании определёнными физически-ми свойствами. Таким образом, электрическое поле есть особая форма материи, порождаемая электрическими зарядами.

§2. Напряжённость

электрического поля

Главное свойство электрического поля – способность дейст-вовать на электрические заряды с некоторой силой, поэтому есте-ственно охарактеризоватьэлектрическое поле с помощью силы, действующей на точечный положительный заряд, внесённый в это поле.

Напряжённостью электрического поля в данной точке называют физическую величину, численно равную силе, действующей на единичный положительный заряд, помещён-ный в данную точку и имеющей направление этой силы :

В частности, напряжённость в любой точке поля, созданного точечным зарядом (как это следует из закона Кулона), равна

 

Напряжённость поля не зависит от величины пробного заря-да, а определяется величиной и знаком заряда, создающего поле, и положением (координатой  ) выбранной точки поля. Напря-жённость поля определяет величину и направление силы, действующей на заряд, помещённый в данную точку поля:

 

Если поле создано двумя или несколькими зарядами, то элек-трическое поле каждого заряда (как утверждает опыт) не зависит друг от друга, и напряжённость электрического поля поэтому оп-ределяется как векторная сумма напряжённостей полей, создава-емых отдельными зарядами (см. РИС.1). В этом состоит принцип суперпозиции полей :

 

Для наглядного (графи-ческого) описания электри-ческих полей используется понятие силовой линии поля.

Силовой линией называ-ют линию, проведённую в электрическом поле так (см. РИС.2), чтобы касательная в любой её точке совпадала с направлением вектора нап-ряжённости. Силовой линии приписывают направление, совпадающее с направлени-ем вектора напряжённости в каждой её точке. Так как каждой точке поля соответс-твует вполне определённый вектор напряжённости поля, то силовые линии нигде не пересекаются.