§ 14. Напряженность электрического поля.

Рисунки § 13 дают лишь общую качественную картину электрического поля. Для количественной характеристики электрического поля мы могли бы использовать любое из производимых им действий. Так, например, под влиянием электрического поля заметно изменяются оптические свойства некоторых веществ. Это свойство электрического поля можно было бы применить для количественной оценки поля. Обычно, однако, для этой цели пользуются механическими действиями поля на заряженные тела.

Представим себе, что электрическое поле создано некоторым зарядом ; внесем в него «пробный заряд»  и измерим действующую на него силу . Это можно сделать, нанося, например, «пробный заряд» на легкий шарик, подвешенный на шелковой нити (рис. 28), и измеряя угол отклонения шарика. По закону Кулона эта сила пропорциональна пробному заряду . Увеличивая этот заряд в 2, 3 и вообще  раз, мы будем наблюдать увеличение силы в 2, 3 или  раз. Поэтому отношение  уже не зависит от пробного заряда  и характеризует только электрическое поле в той точке, где находится пробный заряд. То же имеет место и в любом другом электрическом поле, а не только в поле заряженного шара.

Рис. 28. Исследование электрического поля пробным зарядом. Напряженность поля убывает с расстоянием

Отношение , численно равное силе, действующей на единичный заряд, принимают за количественную меру поля и называют напряженностью поля. Таким же образом будет характеризоваться и поле, созданное не одним каким-либо зарядом , а любой, совокупностью зарядов. Итак, напряженность электрического поля в данной точке пространства есть отношение силы, действующей на заряд, помещенный в эту точку, к заряду. Следовательно, напряженность поля численно равна силе, действующей на единичный заряд.

Если обозначить напряженность поля в некоторой точке через , заряд, находящийся в этой точке, через  и силу, действующую на заряд, через , то

,                    (14.1)

откуда

.                     (14.2)

Напряженность, равная единице, есть напряженность такого поля, в котором на единичный заряд действует сила, равная единице. Например, в СИ за единицу напряженности принимают напряженность поля, в котором на заряд, равный одному кулону, действует сила, равная одному ньютону. Эту единицу называют вольтом на метр (В/м) (§ 23).

Мы определили напряженность электрического поля как физическую величину, численно равную силе, действующей на единичный заряд. Однако всякая сила определяется не только своим числовым значением (модулем), но и направлением. Поэтому для полной характеристики напряженности поля надо указать также и ее направление. За направление напряженности поля принимают направление силы, действующей на положительный заряд. Напряженность поля в некоторой точке можно изобразить графически в виде направленного отрезка, исходящего из данной точки, подобно тому как это делается при изображении силы и других векторных величин.

14.1. На маленьком шарике находится заряд 10 нКл. Чему равна напряженность поля на расстоянии 0,1 м от центра шарика?

14.2. Вычислите напряженность поля, создаваемого зарядом 5 Кл на расстоянии 1 км от него.

14.3. В электрическом поле напряженности 300 кВ/м находится заряд 10 нКл. Какая сила действует на этот заряд?