Предыдущий урок: Физика для чайников. Урок 17. Электростатические явления. Закон Кулона
На прошлом уроке мы изучили, что такое электростатические явления, такие как электризация и узнали, что заряды взаимодействуют между собой: с одинаковыми знаками отталкиваться, с противоположными притягиваются. Но каким образом это происходит? Английский ученый Фарадей (1791-1867) предположил, что электрические заряды не сами действуют друг на друга, а создают электрическое поле, которое и передает их действие. Доказать правда, он это не мог, доказано было позже. Сначала было доказано существование переменных во времени полей и только после этого был сделан вывод о реальности полей неподвижных зарядов.
Позже Максвелл развил идеи Фарадея. Он смог теоретически доказать, что электромагнитные взаимодействия распространяются в пространстве с конечной скоростью. Эта скорость – скорость света, примерно 300 тыс. км/сек (см. также урок Физика для чайников. Урок 8. Замедление времени или почему нельзя двигаться быстрее света). Сейчас существование электромагнитах взаимодействий никаких сомнений не вызывает, чтобы убедиться в их реальности достаточно включить радио (телевизор) или позвонить по сотовому телефону.
Но что же такое электрическое поле и чем оно отличается от электромагнитного? Что вообще такое поле? А вот этого никто не знает. Поэтому, просто примите допущение, что есть нечто, которое описывается формулами и обладает определёнными свойствами. В частности, поле материально, оно существует независимо от того знаем ли мы о нем, верим ли мы в него или нет. А его свойство заключается в том, что оно действует на электрический заряд с определённой силой. Что касается электромагнитного поля, то это более общий случай электрического поля. Соответственно, электрическое поле – это частный случай электромагнитного поля. По сути, электромагнитное поле имеет электрическую и магнитную составляющую. Электрическое поле – оно статично. А вот переменное электрическое поле, или поле движущейся заряженной частицы – это уже магнитное поле. Более того, электроны в атомах тоже имеют некий магнитный момент.
Теперь поговорим о свойствах электрического поля. Его основное свойство – это напряженность. Если в отдельно взятую точку поля поместить заряд, то на него будет действовать сила. Причем, согласно закону Кулона (см. Физика для чайников. Урок 17. Электростатические явления. Закон Кулона), эта сила пропорциональна величине заряда. Но если силу разделить на заряд, то мы получим величину, не зависимую от заряда. Действительно
Эта величина называется напряженность электрического поля, она обозначается буковкой E и вычисляется по формуле:
Стрелочка над буковками обозначает, что величина векторная, F – это сила, q – заряд. Таким образом, напряженность электрического поля измеряется в ньютон/кулон. Направление вектора напряженности электрического поля совпадает с направлением силы, действующей на положительного заряда в этом поле.
А если у нас есть несколько зарядов, и у каждого свое поле, по получается, что у нас несколько полей складываться в одно? Да. И в каждой точке напряженность этих полей будет равна сумме всех напряженностей от каждого заряда. Это называется принципом суперпозиции. Он справедлив для всех векторных величин (сил, скоростей и так далее).
И напоследок, я познакомлю вас с таким понятием, как силовые лини электрического поля. Если все векторы направления электростатических сил в каждой точке электрического поля соединить непрерывными воображаемыми линиями, то получаться силовые линии:
Направленны эти силовые линии от плюса к минусу:
Следующий урок: Физика для чайников. Урок 19. Проводник и диэлектрик в электрическом поле