Электрическое поле. Электрический потенциал и напряжение

Физическая природа электрического поля и его графическое изо­бражение. В пространстве вокруг электрически заряженного тела существует электрическое поле, представляющее собой один из видов материи. Электрическое поле обладает запасом электрической энергии, которая проявляется в виде электрических сил, действующих на находящиеся в поле заряженные тела.

Электрическое поле условно изображают в виде электрических силовых линий, которые показывают направления действия электри­ческих сил, создаваемых полем. Принято направлять силовые линии в ту сторону, в которую двигалась бы в электрическом поле положительно заряженная частица.

Как показано на рис. 4, электрические силовые линии расходятся в разные стороны от положительно заря­женных тел и сходятся у тел, обладающих отрицательным зарядом. Поле, созданное двумя плоскими разноименно заряженными параллель­ными пластинками (рис. 4, г), называется однородным.

Электрическое поле можно сделать видимым, если поместить в него взвешенные в жидком масле частички гипса; они поворачивают­ся вдоль поля, располагаясь по его силовым линиям (рис. 5).

Напряженность поля. Электрическое поле действует на внесен­ный в него заряд q (рис. 6) с некоторой силой F. Следовательно, об интенсивности электрического поля можно судить по значению силы, с которой притягивается или отталкивается некоторый электрический заряд, принятый за единицу. В электротехнике интенсивность поля характеризуют напряженностью электрического поля Е. Под напря­женностью понимают отношение силы F, действующей на заряжен­ное тело в данной точке поля, к заряду q этого тела:

E=F/q

Напряженность поля измеряют в вольтах на метр (В/м). При пряжении поля в 1 В/м на заряд в 1 Кл действует сила, равная 1 нью­тону 1 (Н). В некоторых случаях применяют более крупные единицы измерения напряженности: В/см (100 В/м) и В/мм (1000 В/м).

Поле с большой напряжен­ностью Е изображается графи­чески силовыми линиями большой густоты; поле с малой напряжен­ностью — редко расположенными силовыми линиями. По мере уда­ления от заряженного тела сило­вые линии электрического поля располагаются реже, т. е. напря­женность поля уменьшается (см. рис. 4, а, б и в). Только в одно­родном электрическом поле (см. рис. 4, г) напряженность одина­кова во всех его точках.

Электрическое поле обладает определенным запасом энергии, т. е. способностью совершать работу. Как известно, энергию можно также накопить в пружине, для чего ее нужно сжать или растянуть. За счет этой энергии можно получить определенную работу. Если освободить один из концов пружины, то он сможет переместить на неко­торое расстояние связанное с этим концом тело. Точно так же энергия электрического поля может быть реализована, если внести в него ка­кой-либо заряд. Под действием сил поля этот заряд будет перемещать­ся по направлению силовых линий, совершая определенную работу.

Электрический потенциал. Для характеристики энергии, запасен­ной в каждой точке электрического поля, введено специальное поня­тие — электрический потенциал. Электрический потенциал φ поля в данной точке равен работе, которую могут совершить силы этого поля при перемещении единицы положительного заряда из этой точ­ки за пределы поля.

Понятие электрического потенциала аналогично понятию уровня для различных точек земной поверхности. Очевидно, что для подъема локомотива в точку Б (рис. 7) нужно затратить большую работу, чем для подъема его в точку А. Поэтому локомотив, поднятый на уровень Н ₂, при спуске сможет совершить большую работу, чем локомотив, поднятый на уровень Н₁. За нулевой уровень, от которого произво­дится отсчет высоты, принимают обычно уровень моря. Точно так же

за нулевой потенциал условно принимают потенциал, который имеет поверхность земли.