Электрическое поле и его характеристики

Поле как форма взаимодействия

Заряды действуют друг на друга не через мгновенное «дальнодействие», а посредством электромагнитного поля. Электрическое поле — часть электромагнитного поля, которая действует на заряды с силой и создаётся электрическими зарядами или изменяющимся магнитным полем. В электростатике источники неподвижны, и поле не меняется со временем.

Поле существует независимо от пробного заряда. Чтобы исследовать его, мысленно помещают малый положительный заряд $q$ и измеряют силу. Заряд должен быть достаточно мал, чтобы почти не искажать исходное распределение.

Три линии поля диполя начинаются у положительного заряда и заканчиваются у отрицательного; стрелки направлены слева направо.

Напряжённость

Напряжённость электрического поля — векторная характеристика, равная отношению силы, действующей на положительный пробный заряд, к этому заряду.

Единицы напряжённости — $\text{Н/Кл}$ или $\text{В/м}$. На положительный заряд сила направлена как $\vec{E}$, на отрицательный — противоположно. Поле точечного заряда в вакууме имеет модуль:

От положительного источника вектор направлен наружу, к отрицательному — внутрь. Эта формула непосредственно следует из закона Кулона.

Суперпозиция и силовые линии

Поля нескольких источников складываются векторно:

Принцип суперпозиции позволяет сначала вычислить поле каждого заряда, а затем сложить проекции. В середине между одинаковыми одноимёнными зарядами поля противоположны и компенсируются; между равными разноимёнными зарядами они сонаправлены.

Силовые линии проводят так, чтобы касательная указывала направление $\vec{E}$, а густота условно отражала величину поля. Линии начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных или уходят в бесконечность, не пересекаются и в электростатике не образуют замкнутых контуров.

Проводник в поле

В электростатическом равновесии свободные заряды проводника перераспределяются так, что поле внутри проводящего материала равно нулю. Иначе носители продолжали бы двигаться. Напряжённость у поверхности направлена перпендикулярно ей, а избыточный заряд сильнее концентрируется у острых выступов.

Это свойство лежит в основе электростатической защиты: замкнутая проводящая оболочка экранирует внутреннюю область от внешнего статического поля. В полости без зарядов $\vec{E}=0$, хотя на внешней поверхности оболочки могут находиться заряды.