Сила, с которой электрическое поле действует на внесенное в него заряженное тело или частицу, называется электрической силой.
Нарис. 3.9 показано, как электрическое поле положительно заряженного шара действует на другие небольшие положительно заряженные шарики на различных расстояниях. Из такого опыта видно, что чем меньше расстояние между взаимодействующими телами, тем больше сила их взаимодействия.
Рис.3.9
Исследования известного французского ученого Кулона показали, что при увеличении расстояния между заряженными телами в 2 раза сила их взаимодействия уменьшается в 4 раза. Если же расстояние между заряженными телами увеличить в 3 раза, то сила их взаимодействия уменьшается в 9 раз и так далее. Кулон сделал вывод, что сила взаимодействия заряженных тел или частиц F обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:
,
где r – расстояние между заряженными телами, размерами которых можно пренебречь, настолько они малы по сравнению с этим расстоянием.
Кулон также доказал, что сила взаимодействия заряженных тел прямо пропорциональна значениям их зарядов:
,
где q1– заряд одного тела, а q2–другого.
Закон Кулона записывается следующим образом:
(3.1) |
где F – сила взаимодействия между точечными зарядами, Н;
q1 , q2 – точечные заряды, Кл;
r – расстояние между точечными зарядами, м;
e0 – электрическая постоянная, Ф/м;
e – относительная диэлектрическая проницаемость среды, в которой находятся заряды.
Электрическая постоянная e0 = 8,85 × 10–12 Ф/м.
Рис.3.10 |
qПР |
+ q |
F |
Для силовой характеристики электрического поля введено понятие напряжённости электрического поля в данной точке, под которой понимается физическая величина, численно равная отношению силы, с которой поле действует на пробный заряд, помещённый в данную точку поля, к значению этого заряда, то есть
(3.2) |
где Е – напряжённость, В/м;
F– сила, Н;
qПР – пробный заряд, Кл.
Пробный заряд, помещённый в данную точку поля, обладает потенциальной энергией (по аналогии с материальным телом, поднятым над землёй, на которое действует сила тяжести). Для энергетической характеристики электрического поля введено понятие потенциала электрического поля в данной его точке, под которым понимается физическая величина, численно равная отношению потенциальной энергии, которой обладает пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к значению этого заряда, то есть
(3.3) |
где j – потенциал, В;
П – потенциальная энергия, Дж;
qПР – пробный заряд, Кл.
Рис.3.11 |
Силовая линия |
Эквипотенциальная линия |
+ |
Для энергетической характеристики электрического поля введено также понятие напряжения электрического поля, под которым понимается разность потенциалов, то есть
U12 = j1 – j2 , | (3.4) |
где j1 , j2 – потенциалы точек 1 и 2 электрического поля, В;
U12 – напряжение между точками электрического поля, В.
Рис.3.12 |
+ q |
1 |
U12 |
2 |