Электрастатычнае поле і адзінкавы зарад

У грамадстве існуе стэрэатып, згодна з якім матэрыяй можа лічыцца толькі тое, што не толькі рэальна існуе, але і бачна. Гэта перакананне дакладна толькі збольшага. Адзін з яркіх прыкладаў нябачнай матэрыі - электрастатычнае поле. Магнітныя і электрычныя палі - гэта адмысловая яе разнавіднасць. У гэтым досыць проста пераканацца, калі разгледзець электрастатычнае поле і яго характарыстыкі.

Яшчэ ў 1785 годзе Ш. кулон быў адкрыты і абгрунтаваны закон аб сіле ўзаемадзеяння двух кропкавых тэл, якія валодаюць электрычнымі зарадамі. Аднак заставалася незразумелым, як менавіта перадаецца ўздзеянне. Быў праведзены шэраг эксперыментаў, у прыватнасці, калі зарады размяшчаліся ў вакууме. Закон выконваўся. Гэта дазволіла выказаць здагадку, што для перадачы сілы звыклая прамежкавая асяроддзе не патрэбна. У далейшым Дж. Максвеллом (на аснове прац Фарадея) было адкрыта электрастатычнае поле ў вакууме. Атрымлівалася, што поле заўсёды існуе вакол зарадаў, па-за залежнасці ад выгляду навакольнага асяроддзя, і забяспечвае іх узаемадзеянне.

Так як поле матэрыяльна, яно «падпарадкоўваецца» формулах Эйнштэйна і распаўсюджваецца з хуткасцю святла. Сваю назву электрастатычнае поле атрымала дзякуючы таму, што яно характэрна для нерухомых зарадаў ( «статыка» - спакой, раўнавагу). Сіла, выяўленая Кулон, называецца электрычнай. Яна апісвае інтэнсіўнасць, з якой поле ўздзейнічае на унесены ў яго зарад.

Адна з характарыстык, якой валодае электрастатычнае поле - гэта яго напружанасць. Паказвае на ступень узаемадзеяння кропкавых зарадаў. Для вывучэння выкарыстоўваюць так званы пробны зарад, ўнясенне якога ў поле не скажае апошняе. Звычайна ён прымаецца роўным 1.6 * 10 у ступені -19 Кулон. Калі напружанасць пазначыць літарай «E», то атрымліваем:

E = F / Q,

дзе F - сіла, якая аказвае дзеянне на адзінкавы зарад Q (напрыклад, пробны). Выкарыстанне для разлікаў закона Кулона патрабуе учитывания каэфіцыента дыэлектрычнай пранікальнасці асяроддзя.

Электрастатычнае поле ўздзейнічае на любую колькасць зарадаў, пры гэтым узнікае складаная сістэма узаемадзеянняў. Напружанасць сістэмы можа быць разгледжана з пункту гледжання суперпазіцыі, таму сумарнае ўздзеянне N-колькасці зарадаў ўяўляе сабой вектарную суму ўсіх напружанасці поля. Дарэчы, паняцце «лініі напружанасці» (тэрмін, вядомы яшчэ са школьнага курсу фізікі) паўстаў дзякуючы Фарада, які схематычна адлюстроўваў поле лініямі, у кожнай адвольнай кропцы супадальнымі з вектарамі напружанасці электрастатычнага поля. Адпаведна, чым больш такіх ліній, тым больш інтэнсіўна сілавое ўздзеянне. У адрозненне ад электрамагнітных палёў, у электрастатыцы лініі напружанасці ня замкнёныя. Таксама варта адзначыць, што ў металах (і іншых якія праводзяць матэрыялах) напружанасць поля адсутнічае дзякуючы сустрэчна накіраванаму дзеяння поля свабодных носьбітаў зарада, якія знаходзяцца ў структуры крышталічнай рашоткі. Фактычна, сілы хутка ураўноўваюцца, ток адсутнічае, а лініі напружанасці ў такой правадыр пракрасціся не могуць.

Акрамя вектарных велічынь, поле можа быць апісана скалярнага значэннямі, узятымі ў кожнай (ідэальны выпадак) кропцы. У электрастатыцы названыя значэння характарызуюць патэнцыял поля. Можна сказаць, што ён адпавядае значэнню патэнцыйнай энергіі для адзінкавага станоўчага зарада ў любой ўзятай кропцы поля. Адпаведна, адзінкай вымярэння з'яўляецца Вольт. Вызначаецца стаўленнем патэнцыйнай энергіі зарада Q-пробны да яго велічыні, то ёсць W / Q-пробны.

Сам патэнцыял роўны рабоце, якую здзяйсняюць сілы электрастатычнага поля, перамяшчаючы зарад з адной кропкі ў іншую, бясконца выдаленую.