Электрическое поле
Такое взаимодействие, при условии, что заряженные тела не перемещаются в пространстве и не меняют своего заряда, называется электрическим полем. Если эти условия не соблюдаются, то в дополнение к электрическому полю возникает магнитное поле и тогда говорят о существовании электромагнитного поля.
Существует минимально возможный (по модулю) электрический заряд (заряд электрона), называемый элементарным зарядом. Его значение:
e = 1,602177·10–19 Кл ≈ 1,6·10–19 Кл.
Электрический заряд любого тела всегда кратен элементарному заряду:
q=N·e
где: N – целое число. Обратите внимание, невозможно существование заряда, равного 0,5 е; 1,7 е; 22,7 е и так далее.
Закон Кулона
Электрическое взаимодействие зарядов (заряженных тел) описывается законом Кулона, который гласит: «сила взаимодействия двух неподвижных точечных заряженных тел прямо пропорциональна произведению их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними и зависит от среды »
| F=  [Н]
|
где: F – сила взаимодействия тел, Ньютон; Q1 и Q2 – заряды точечных тел, Кулон; R – расстояние между телами, метр; εa – абсолютная диэлектрическая проницаемость среды.
Диэлектрическая проницаемость
Абсолютная диэлектрическая проницаемость учитывает влияние среды на взаимодействие тел. Для удобства оценки влияния разных сред в диэлектрической проницаемости выделили величину, которая не зависит от свойств среды. Это диэлектрическая проницаемость вакуума. Она называется электрической постоянной – ε0=8,85·10-12 Ф/м.
Тогда абсолютная диэлектрическая проницаемость будет равна:
εa = ε0 · εr [Фарада/метр]
где: εa – абсолютная диэлектрическая проницаемость; ε0 – электрическая постоянная – ε0=8,85·10-12 Ф/м; εr – относительная диэлектрическая проницаемость среды.
Напряжённость электрического поля
Электрическое поле, окружающее заряженное тело, можно исследовать с помощью, так называемого пробного заряда – небольшого по величине точечного заряда, который не вносит заметного перераспределения исследуемых зарядов. Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика - напряженность электрического поля E.
E = 
= 
= 
[Вольт/метр]
Напряжённость электрического поля E, как и сила F являются векторными величинами, т.е. они характеризуются и величиной и направлением.
Рис. 1. Направление силовых линий электрического поля.
Напряжённость электрического поля (силовая линия поля) направлена от положительного заряда: к пробному заряду; к отрицательному заряду; в бесконечность. Если исследуется отрицательный заряд, то направление напряжённости электрического поля меняется на обратное, т.е. от положительного заряда, из бесконечности.
Электрическое поле нескольких точечных зарядов
Рассмотрим электрическое поле точечного заряда (см. рис. 1).
E = = = [Вольт/метр]
Как видно из формулы напряжённость поля резко падает с увеличением расстояния между зарядами.
На рис.2 показано поле созданное системой из двух зарядов в одной и той же среде, то есть εa неизменна по величине.
Рис.2
В данном случае определение напряжённости поля действующего на точечный заряд Б бедет находиться в несколько шагов.
1 шаг. Определяется напряжённость поля в точке Б в предположении, что в пространстве находится только заряд Q1.
2 шаг. Определяется напряжённость поля в точке Б в предположении, что в пространстве находится только заряд Q2.
3 шаг. Производится геометрическое сложение векторов напряжённостей E1 и E2.
Поток вектора напряжённости электрического поля
Рассмотрим рис 3а. Электрические силовые линии пронизывают плоскость S перпендикулярно к поверхности. Поэтому если сосчитать все силовые линии, пронизывающие поверхность S, то получится следующая величина N=E·S, которая и называется потоком вектора напряжённости электрического поля.
На рисунке 3б векторы напряжённости пронизывают поверхность под определённым углом β к нормали (перепендикуляру), тогда формула вектора напряжённости примет вид N=E·S·cos β.
Часто площадка встречается произвольной формы, тогда все элементарные потоки (силовые линии) суммируются (интегрируются) при обходе этой площадки по периметру (кругу) N = 
. Единица измерения потока вектора напряжённости поля будет равна [В/м · м2]=[В · м].
Закон Гаусса.
Рассмотрим рис.4.
Рис.4 распределение силовых линий при нахождении заряда в центре шаровой поверхности
Ввиду симметрии шаровой поверхности во всех точках поля напряжённость будет одинаковой и равной
E= 
.
Так как площадь поверхности шара S=4··π·R2, то поток вектора напряжённости поля будет равен:
N = 
.= 
.= 
= 
.
Этот закон (формула) распространяется на любые виды замкнутой поверхности и для любого количества заряженных тел.
N = 
Сумма всех свободных и связанных зарядов, заключённых в объёме, ограниченном замкнутой поверхностью S, пропорциональна потоку вектора напряжённости электрического поля через эту поверхность:
= 
= 
где: εr – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика (для вакуума εr =0;
Вопросы и задачи будут в следующий раз.
Возьмите в библиотеке учебники. По учебнику стр. 5-15