Электростатическое поле кратко. Теория, формулы, кейсы с решениями и практические задачи
Источник: vk.ru/profimatika_fizika
Электростатическое поле — что это и зачем оно нужно
Вы когда-нибудь получали удар током, просто дотронувшись до человека в шерстяном свитере? Или замечали, как после расчёски волосы отказываются укладываться? Это всё — проявления электростатического поля, темы, которая занимает важное место в школьном курсе физики и в заданиях ЕГЭ.
Электростатическое поле — это особый вид материи, который создаётся неподвижными электрическими зарядами и действует на другие заряды с некоторой силой. Его главная особенность — потенциальность: работа поля по перемещению заряда по замкнутому контуру равна нулю.
Откуда берётся заряд
Всё начинается с атомов: положительно заряженное ядро и отрицательные электроны вокруг него. Если снять электроны с одного тела и перенести на другое, первое станет положительно заряженным, второе — отрицательно. Единица заряда в СИ — кулон (Кл), а элементарный заряд равен e = 1,6 · 10−19 Кл. Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые — притягиваются.
Закон Кулона
Сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме:
Чем больше заряды — тем сильнее взаимодействие, чем дальше они друг от друга — тем слабее. В среде с диэлектрической проницаемостью ε сила уменьшается в ε раз.
Напряжённость — силовая характеристика поля
Напряжённость E показывает, с какой силой поле действует на единичный пробный заряд:
Для точечного заряда E = k · q / r², для равномерно заряженной плоскости E = σ / (2εε₀), а внутри равномерно заряженной сферы поле равно нулю. Направление вектора E совпадает с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.
Потенциал — энергетическая характеристика поля
Потенциал φ — это работа, которую нужно совершить, чтобы перенести единичный положительный заряд из бесконечности в данную точку поля:
Потенциальная энергия заряда Q в поле: W = Qφ. А работа по перемещению заряда между двумя точками равна разности потенциалов:
Напряжение U — это разность потенциалов, и именно она определяет работу поля. В однородном поле U = Ed.
Что важно запомнить
- Электростатическое поле создаётся неподвижными зарядами и является потенциальным.
- Напряжённость — силовая характеристика, потенциал — энергетическая.
- Силы полей складываются по принципу суперпозиции: E = E₁ + E₂ + …
- Работа поля не зависит от траектории, а только от начальной и конечной точек.
- Проводники внутри экранируют поле, диэлектрики — ослабляют его за счёт поляризации.
Связанные страницы: