Наблюдательные исследователи давно заметили, что неподвижные заряженные тела притягивают либо отталкивают другие заряженные тела, но никак не реагируют на действие магнита. С другой стороны, магниты притягиваются или отталкиваются друг от друга, в зависимости от того, какие полюса взаимодействуют. Разноименные полюса магнитов притягиваются, а одноименные отталкиваются. Это очень похоже на действие зарядов – разноименные заряды притягивают друг друга, а одноименные – отталкиваются.
Почему же неподвижные наэлектризованные тела никак не реагируют на действие магнита? Объяснение этому феномену может быть только одно – природа магнитных и электростатических сил разная. А значит, для объяснения взаимодействий между заряженными телами следует искать другие, немагнитные механизмы.
Электрическое поле
Изучая свойства заряженных частиц физики установили тесную связь заряда с особым видом материи – электрическим полем. Вокруг неподвижного заряда всегда существует электрическое поле, которое является материальным носителем взаимодействия между зарядами. Другими словами, поле является той средой, в которой действие силы от одного заряда передается к другому заряду. Причем эти силы действуют даже при отсутствии привычного для нас вещества, то есть в вакууме.
Человек с помощью органов чувств никак не может определить наличие электрического поля. Однако оно проявляется через взаимодействие на заряженные тела, и это взаимодействие подчиняется определенным законам. Фундаментальным законом является закон Кулона, названный в честь ученого, открывшего и опубликовавшего этот закон. На основании многочисленных опытов Шарль Кулон установил, что сила F взаимодействия двух точечных зарядов q1и q2, на расстоянии r между ними, прямо пропорциональна произведению этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Электрическое поле действует на всякий заряд, находящийся в любой точке этого поля. Для описания этого действия был введен термин «пробный заряд» q’. Если величину положительного пробного заряда мы условно примем за единицу, то получим единичный пробный заряд. Сравнивая действие силы в конкретной точке поля на единичный пробный заряд, определяют величину, характеризующую данное поле, называемую напряженностью поля E.
По определению
Напряженность поля и линии напряженности
Сила есть величина векторная, то есть ее действие зависит от направления. Следовательно, напряженность поля в каждой его точке тоже изменяет свое направление. Если графически изобразить векторы напряженности вокруг точечного заряда, то мы получим окружности. Линии, касательные к которым совпадают с векторами напряженности, принято называть линиями напряженности. С их помощью удобно графически изображать электрическое поле точечного заряда – мы получим лучи выходящие из точки, в которой помещен положительный точечный заряд или лучи, входящие в эту точку для отрицательного заряда.
С помощью линий напряженности условились графически изображать величину напряженности поля: чем плотнее линии, тем больше напряженность поля. Чем дальше находится точка от заряда, тем слабее поле. Напряженность поля в бесконечно удаленной его точке равна нулю.
Обратите внимание, что силовые линии электрического поля не замкнуты. Если вы наблюдали силовые линии магнитного поля (например, с помощью постоянного магнита и металлических опилок), то вы, должно быть, обратили внимание на то, что эти линии замкнуты – они выходят с одного полюса и входят в другой. Это одно из отличий магнитного и электрического полей.
Похожую картину можно наблюдать между двумя точечными зарядами разных знаков (диполями).
Визуальное наблюдение электрического диполя можно осуществить с помощью приборов. На фото это выглядит так:
Краткие итоги
Еще раз обращаю ваше внимание на то, что все рассуждения, приведенные выше, справедливы только для неподвижных зарядов.
У любого неподвижного заряда есть электрическое поле.
Статичные электрические поля взаимодействуют между собой, но они не реагируют на статичные магнитные поля. Именно поэтому невозможно с помощью магнитной стрелки определить наличие статичного заряда в заданной точке.
Электрическое поле неотделимо от заряда. Увеличивая заряд тела, мы не создаем дополнительные поля, а увеличиваем напряженность электрического поля в данной точке. Если мы каким-либо способом разрядили тело, то это не значит, что заряд уничтожен – просто заряженные частицы перераспределились. Электрическое поле вокруг этих частиц не исчезло – изменилась напряженность этого поля.