Фізика - Чолпан П.П. 2003
Частина 3 ЕЛЕКТРИКА І МАГНЕТИЗМ
Розділ 8 ЕЛЕКТРИКА
8.4. Розподіл електричних зарядів у просторі
Нерухомі електричні заряди розміщуються в просторі або дискретно — в окремих точках, або неперервно — вздовж якоїсь лінії, на поверхні якого-небудь тіла, або, нарешті, в якомусь об’ємі. Для випадку неперервного розподілу електричних зарядів вводиться поняття густини зарядів. При неперервному розподілі зарядів уздовж лінії вводять лінійну густину електричних зарядів
де Δq — заряд ділянки лінії завдовжки Δl.
Якщо заряд неперервно розміщений по якійсь поверхні, то користуються поверхневою густиною зарядів
де Δq — заряд ділянки поверхні, площа якої Δs.
Неперервний розподіл зарядів у будь-якому об’ємі характеризують об’ємною густиною зарядів
де Δq — заряд об’єму ΔV.
Електростатичне поле однозначно визначене, якщо відомий вектор напруженості в кожній його точці. Це завдання можна розв’язати аналогічно, виражаючи залежність напруженості поля від координат у вигляді формул. Проте цю залежність можна подати і графічно. Для цього користуються силовими лініями (лініями напруженості). Метод зображення електростатичних полів за допомогою силових ліній запропонував М. Фарадей. Силовими лініями називають криві, дотичні до яких у кожній точці збігаються з напрямом вектора напруженості поля. Умовно прийнято, що вони починаються на позитивних зарядах, а закінчуються на негативних.
Щоб за допомогою силових ліній можна було характеризувати електричні поля з кількісного боку, умовились проводити їх так, щоб кількість силових ліній, що проходять через одиницю поверхні, розміщеної перпендикулярно до них, чисельно дорівнювала напруженості поля. Там, де лінії густіші, напруженість більша і навпаки. На рис. 8.1 зображено плоскі перерізи електростатичних полів точкових зарядів, а на рис. 8.2 — електричне поле двох зарядів різних знаків. Лінії напруженості ніколи не перетинаються, оскільки у кожній точці поля вектор напруженості
має тільки один напрям.
Рис. 8.1Рис. 8.2
М. Фарадей був переконаний у реальному існуванні силових ліній електричного поля, які він уявляв як пружні нитки в ефірі. Насправді лінії електричного поля є тільки засобом наочного зображення електричного поля.
Силові лінії не слід ототожнювати з траєкторіями руху в електростатичному полі дуже легких заряджених тіл нескінченно малих розмірів. Траєкторія руху тіла характеризується властивістю, за якою в кожній її точці по дотичній до неї напрямлена швидкість тіла. По дотичній до силової лінії напрямлена сила, що діє на заряджене тіло, а отже, і на прискорення, з яким воно рухається. Заряджені тіла рухаються вздовж силових ліній тільки тоді, коли силові лінії прямолінійні, а початкові швидкості тіл збігаються за напрямом із силовими лініями або дорівнюють нулю.