Для школьников.
Электростатическое поле обладает энергией.
Это видно из опыта, когда пробный (очень малый положительный) заряд
помещённый в точку 1 электростатического поля, созданного точечным зарядом
перемещается под действием силы Кулона :
(Когда говорим о пробном заряде, то имеем в виду, что не учитываем поле им создаваемое (оно очень слабое), а рассматриваем только поведение пробного заряда в электрическом поле заряженных тел.)
Если пробному заряду дать возможность переместиться из точки 1 поля в точку 2, то сила Кулона (электрическая сила) совершит работу
где
расстояния от пробного заряда до заряда
Работа
по переносу пробного заряда из точки 1 в точку 2 поля не зависит от траектории его движения.
Поля, обладающие таким свойством, называются потенциальными или консервативными. Для таких полей вводится понятие "потенциальная энергия"
Электрическая сила совершает работу за счёт уменьшения потенциальной энергии поля:
Сравнение уравнений для работы даёт формулу нахождения потенциальной энергии пробного заряда. Так, для точки 1 поля формула имеет такой вид:
По сути эта энергия является энергией взаимодействия зарядов
и
находящихся на расстоянии
друг от друга (или энергией электростатического поля).
Если пробный заряд освободить в точке 1 поля, то он под действием силы Кулона переместится в точку с потенциальной энергией, равной нулю
Эта точка условно называется бесконечно удалённой.
Теперь от потенциальной энергии перейдём к понятию потенциала точки поля.
Если в точку 1 поместить пробный заряд, равный
то потенциальная энергия увеличится в 2 раза, но отношение потенциальной энергии к величине пробного заряда останется прежним
и, следовательно, характеризует точку электростатического поля.
Эту характеристику точки поля назвали потенциалом.
Потенциал точки 1 поля равен
или
Потенциал точки 1 поля численно равен работе, совершаемой электрическим полем при переносе единичного положительного заряда из этой точки поля в бесконечность.
или
Диэлектрическую проницаемость
можно опустить, так как для воздуха она равна единице.
(Продолжение см. в следующей статье).
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Пишите комментарии. Спасибо.
Предыдущая запись: Как найти напряжение на конденсаторах в конденсаторной цепи, изображённой на рисунке?
Следующая запись: Нахождение потенциальной энергии электростатического поля, созданного системой точечных зарядов.
Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1.
Ссылки на занятия (статьи), начиная с электростатики, даны в конце Занятия 45.