Электрическое поле. 
Напряженность поля, силовые линии

Электрическое (или точнее, электромагнитное) поле — это физическая система, распределенная в пространстве. Электрическое поле обладает определенными физическими свойствами, например, энергией. Его характерной особенностью является то, что в каждой точке пространства можно указать силу, действующую на внесенный пробный заряд.

Пусть поле создается зарядом q_c (рис. 4.2). На заряд q действует сила F. В каждой точке этого пространства можно найти некоторый вектор Е, равный той силе, которая действовала бы на единичный заряд, помещенный в эту точку (Е = F/g). Этот вектор направлен так же, как сила F. Если в каждой точке пространства Е определен по величине и по направлению, то говорят, что существует поле вектора Е, в данном случае — электрическое поле. Вектор Е называют напряженностью поля.

Линии, касательные к которым в каждой точке дают направление вектора Е, называются силовыми линиями. Для поля, создаваемого точечным зарядом, они направлены по радиусам. Если заряд положителен, то они на заряде начинаются, если отрицательный — кончаются (рис. 4.3).

Рис. 4.2 В пространстве, где зарядов нет,

Рис. 4.3.

они непрерывны. Вообще говоря, такие линии расположены бесконечно близко друг к другу. Но условились изображать поле линиями определенной густоты, которая пропорциональна абсолютной величине напряженности. В случае точечного заряда

т. е. Е обратно пропорционально квадрату расстояния г. Для непрерывных линий, исходящих из точечного заряда, некоторого центра, число силовых линий N в телесном угле Q (рис. 4.4) не зависит от г, а их густота N/S = N/(Q r²) тоже обратно пропорциональна г². ТелеЬный угол равен отношению площади участка сферы к квадрату радиуса Q = S/г². Поэтому? пропорционально густоте N/S.

На рисунке 4.3, а, б показаны силовые линии в случае отдельных точечных зарядов, на рисунке 4.3, в, г для двух близко расположенных разноименных и одноименных зарядов. Конфигурацию поля в таких и более сложных случаях можно получить с помощью компьютера.

На рисунке 4.5 показано поле двух одноименных зарядов, причем q2 = 4qi.

Значительно проще будет картина силовых линий между двумя плоскими поверхностями, заряженными противоположными знаками (рис. 4.3, д). Если это металлические пластины, то они образуют конденсатор. Поле в конденсаторе однородно, т. е. во всех точках Е одинаково по величине и по направлению.