Основні поняття про електричне поле

Ще давні греки знали, що янтар потертий об хутро отримує здатність притягувати до себе пушинки, соломинки, волосся та інші легкі тіла, але зовсім не знали у чому суттєвість цього явища та чим воно може бути корисним для людства. Грецький філософ Фалес Мілетський у VI столітті до нашої ери описав це явище, яке більш ніж 2000 років залишалось не вивченим. У XVI столітті англійський вчений Гілберт повторив досліди, описані Фалесом Мілетським. На базі дослідів він встановив, що крім янтарю, властивість притягувати легкі тіла отримують при терті алмаз, гірський кришталь, сірка, смола… Тіла, які володіють подібними властивостями почали називати наелектризованими. Слово «електрика» походе від слова «електрон», що грецькою мовою означає янтар. А явище виникнення цих властивостей у тіл було названо електризацією. Доказ електризації металів тертям уперше було дано руським фізіком В.В.Петровим. Виявилось, що наелектризувати тертям можна всяке тіло не залежно від того в якому воно стані: твердому, рідкому чи газоподібному.

Дюфе у 1733 році виявив, що тіла електризуються різнорідними електриками: перший рід з’являється на склі, дорогоцінних каменях, хутрі, другий - на янтарі, смолі, шовку. Пізніше електрику, яка з’являється на склі, назвали позитивною, а на янтарю - негативною.

Таким чином, всяке тіло вміщує у себе багату кількість елементарних часток речовини, які мають електричний заряд: позитивний ( протони ) чи негативний ( електрони ). Коли тіло має однакову кількість протонів й електронів, то кажуть, що воно електрично нейтральне. В електрично зарядженому тілі переважають ті чи інші заряди, й тоді кажуть, що тіло позитивно чи негативно заряджене.

Заряди ( чи електрично заряджені тіла ) взаємодіють між собою на відстані: відмінно заряджені частки притягуються один до одного ( "+ та -" ), однаково заряджені частки відштовхуються один від одного ( "- та -" чи "+ та +" ). Цю властивість зарядів назвали законом взаємодії зарядів.

Таким чином, заряд - це властивість та міра наелектризованості тіла. Електричний заряд позначають - q, Кл (кулон). Електричний заряд електрона: q = 1,6 × 10^-19 Кл. Тобто, при числі електронів 6,3 × 10¹⁸ q = 1 Кл та його називають одиничним зарядом. Заряд розміщується тільки на поверхні.

Електричне поле - це матеріальне середовище, яке оточує заряди, в якій заряди взаємодіють між собою і яку неможна відчути органами почуття.

Кожний заряд зв’язан з оточуючим його електричним полем. Електричне поле чине силову дію на внесене в нього електричне заряджене тіло. Тобто електричне поле виконує роботу по відношенню до внесеного тіла, а виходить володіє енергією, яку називають електричною.

Електрична енергія - це властивість електричного поля виконувати роботу по відношенню до внесеного в нього електрично зарядженого тіла чи часток. Позначається - W, Дж.

Кожна точка електричного поля характеризується напруженістю поля, яка позначається - E, В/м (вольт/метр). Напруженість поля числено дорівнює силі поля, яка діє на одиничний заряд:

де - сила поля, яка діє на одиничний заряд, Н

Крім числового значення напруженість характеризується напрямом, яке збігається з напрямом сили поля, діючий на позитивний заряд у цій точці. Таким чином, напруженість поля - векторна величина.

Електричне поле графічно зображується лініями напруженості, які починаються на позитивному заряді, а закінчуються на негативному, тобто є незамкненими. Лінії проводяться так, щоб у кожній її точці вектор напруженості був направлений уздовж дотичної до неї у цій точці.

При переміщенні заряду в однорідному полі силами поля виконується робота, яка числено дорівнює добутку сили електричного поля, яка діє на заряд, на відстань, на яку перемістився заряд під дією електричного поля. Позначається - А. Вимірюється у Дж.

,

де - відстань, на яку перемістився заряд під дією електричного поля, м

Електрична напруга між двома точками електричного поля ( далі напруга ) - це величина, яка визначається відношенням роботи по переміщенню заряду між цими двома точками поля, до заряду. Позначається - . Вимірюється - В.

або

Потенціал точки - це напруга між даною точкою та точкою нульового потенціалу. Потенціал нульової точки умовно приймається рівним нулю. Потенціал позначається - φ, В

Електрична напруга між двома точками електричного поля дорівнює різниці потенціалів цих точок: