Линейная плотность электрических зарядов

Закон Кулона

Сила электростатического взаимодействия двух точечных зарядов, находящихся в вакууме, прямо пропорциональна произведению этих зарядов, обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами и направлена вдоль соединяющей их прямой.

. (1.2)

Рис. 1.1.

В системе СИ k = 1/4pe₀ = 9×10⁹ (Н×м²)/Кл²,

где e₀ = 8,85×10^-12 (Кл²)/Н×м² = 8,85×10^-12 Ф/м – электрическая постоянная. В системе СГС (гауссовой системе единиц) k = 1 (безразмерный коэффициент).

Удобно считать, что заряды распределены в заряженном теле непрерывно. Введем следующие понятия.

Линейная плотность электрических зарядов

, где dq – заряд малого участка длиной dl.

Поверхностная плотность электрических зарядов

, где dq – заряд участка поверхности площадью ds.

Объемная плотность электрических зарядов

, где dq – заряд малого элемента тела объемом dV.

Согласно представлениям современной физики, электрическое поле - это особая форма материи, обладающая специфическими физическими свойствами. Главным из них является следующее: на электрические заряды, помещенные в это поле, действуют силы, пропорциональные этим зарядам. Электрическое поле от­дельного заряда можно обнаружить, если в пространство, окру­жающее этот заряд Q, внести другой заряд. Обычно для исследования свойств поля пользуются положительным зарядом, который называют про­бным и обозначают q_пр. При этом считают, что пробный заряд не искажа­ет изучаемого поля, т. е. пренебрегают его со­бственным полем. На про­бный заряд, помещенный в какую-либо точку поля, создаваемого зарядом Q, действует сила со стороны поля.

Если в одну и ту же точку поля вносить раз­ные заряды Q₁, Q ₂, Q ₃,..., то на них будут действовать разные силы F₁, F₂, F₃,но отношение F₁ / Q₁ = F₂/Q₂ = F₃/Q₃ для этой точки поля всегда будет постоянным.

Отношение

назы­вают напряженностью электрического поля. Она равна отношению силы , действующей со стороны поля на неподвижный точечный пробный электрический заряд, помещенный в рассматриваемую точку поля, к этому заряду.

Напряженность - величина векторная. За направление век­тора напряженности принимают направление силы, с которой поле действует на пробный заряд, помещенный в данную точку поля.

Напряженность - силовая характеристика поля. Сила, действующая со стороны электрического поля на помещенный в него произвольный точечный заряд

.

Напряженность электрического поля точечного заряда в вакууме

.

Электрическое поле графически удобно представлять силовы­ми линиями. Силовыми линиями или линиями напряженности называют линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с вектором напряженности в данной точке поля.

Линии напряженности электростатического поля никогда не могут быть замкнуты сами на себя. Они имеют обязательно начало и конец, либо уходят в бесконечность. Это свидетельствует о наличии в природе двух родов элект­рических зарядов. Условились считать, что линии напряженности электрического поля направлены от положительного заряда к от­рицательному, т. е. выходят из положительного, а входят в от­рицательный заряды.

Линии напряженности никогда не пересекаются. Пересечение линий означало бы отсутствие определенного направления век­тора напряженности электрического поля в точке пересечения. Густотой линий напряженности характеризу­ют напряженность поля. В местах, где напряженность поля меньше, линии проходят реже.

Электрическое поле, во всех точ­ках которого напряженность поля одинакова по модулю и направлению ( = const), называют однородным. Примером такого поля могут быть электрические поля равномерно заряженной плоскости и плоского конденсатора вдали от краев его обкладок.