Автор
Чивилев Виктор Иванович 375 статей

Физика 11 класс 11-Ф-3

§ 1. Заряд. Напряжённость электрического поля

Многочисленные опытные факты подтверждают, что большой круг явлений природы можно описать, введя понятия электрического заряда и электрического поля. Единицу электрического заряда можно ввести разными путями в зависимости от выбора системы единиц. Сейчас нет возможности на этом останавливаться, поэтому будем считать, что уже есть принципиальный способ измерять заряд количественно. Пойдём дальше.
При всех взаимодействиях в макромире и микромире выполняется закон
сохранения электрического заряда: алгебраическая сумма зарядов системы
сохраняется, если через границы системы не проходят электрические заряды.  Следует ещё раз отметить, что закон сохранения заряда справедлив не только
при взаимодействии макроскопических тел, но и при взаимодействии элементарных частиц, когда в результате ядерных реакций одни частицы исчезают, а
другие появляются.
Важным понятием является точечный заряд, то есть заряженное тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с другими характерными расстояниями, например – расстоянием до других зарядов (заряженных тел).
Опыт показывает, что характеристикой электрического поля в каждой его точке является векторная величина E\overrightarrow E, называемая напряжённостью электрического поля и определяемая из равенства:

E=Fq\overrightarrow E=\frac{\overrightarrow F}q

Здесь F\overrightarrow F- сила, действующая на неподвижный точечный заряд, помещённый в исследуемую точку поля. При этом знак заряда q любой, а сам заряд называется пробным, т. к. им «пробуют» поле. Напряжённость поля от величины пробного заряда не зависит, как не зависит температура воды в озере от вида термометра, которым её измеряют. Следует, однако, заметить, что для измерения напряжённости поля, которое было до (а не после) внесения пробного заряда, следует брать заряд q настолько малым, чтобы он не вызывал заметного перераспределения зарядов, создающих поле, и не вызывал существенных изменений в других возможных источниках электрического поля.  Источниками электрического поля являются электрические заряд и изменяющееся магнитное поле. И ещё одно замечание по записанному выше равенству для E\overrightarrow E. Точечный заряд q создаёт вокруг себя собственное электрическое поле, но это поле никак не входит в равенство для определения напряжённости E\overrightarrow E, поскольку E\overrightarrow E есть напряжённость внешнего поля, т. е. поля, созданного всеми зарядами (или другими источниками), кроме заряда q. Заряд q служит лишь инструментом для измерения напряжённости этого внешнего поля. И это принципиально. 

 Частным случаем электрического поля является электростатическое поле, т. е. поле, созданное неподвижными зарядами. 

 Из опыта известно, что для электрического поля справедлив принцип суперпозиции: в каждой точке напряжённость E\overrightarrow E электрического поля равна векторной сумме напряжённостей полей, созданных в этой точке всеми источниками электрических полей:

E=E1+E2+...=iEi .\overrightarrow E=\overrightarrow{E_1}+\overrightarrow{E_2}+...=\sum_i\overrightarrow{E_i}\;.