Формула напряженности: решаем ЕГЭ по физике
Содержание
Электростатическое и электрическое поля — вид материи, окружающий заряженные объекты. Являются частным проявлением сильного электромагнитного взаимодействия.
Сегодня постараемся разобраться в их базовых свойствах: что такое напряжённость поля и как происходит взаимодействие точечных зарядов (далее ТЗ). Ими называют заряженные материальные тела, размеры которых можно не учитывать.
Принцип суперпозиции — фундаментальный принцип электростатики, гласящий, что поле, создаваемое многозарядной системой, равно векторной сумме полей, создаваемых ими по отдельности.
Понимание реакции на внесённый в поле заряженный объект, предполагает возможность рассчитать силовые эффекты при использовании векторной переменной , не зависящей от полярности и заряженности объекта.
Соответственно, мы приходим к определению напряжённости в физике — как определяемой вектором переменной , характеризующей силовое воздействие поля на заряженные тела, погруженные в него.
Формула напряжённости электрического поля, где:
- — силовое воздействие тестового заряда (ньютонах, Н),
- q — тестовой заряд (кулонах, Кл).
Отсюда видно, в какой единице измеряется напряжённость электрического поля — ньютоны/кулон. Формула даёт нам возможность просчитывать значения сил, при знании и q в конкретной области.
Полярность q может быть положительной или отрицательной. При положительной имеет туже направленность что и , а в случае отрицательной противоположную.
Уравнение =q (1) применимо только для частиц. При воздействии поля на реальный материальный предмет, его характеристики различаются на его протяжении.
Электрическое поле, создаваемое ТЗ
Распространяется сферически, во всех направлениях. Его интенсивность снижается пропорционально квадрату расстояния. Взаимодействие многозарядных систем определяется кулоновским законом. Для определения этих сил необходимо иметь расстояние r между зарядами и их величины q:
F=k (2)
Следуя из уравнения = получаем E=k (3), это и будет величина интенсивности поля в определённой области.
Суперпозиция полей
При рассмотрении реальных задач, нам приходятся рассматривать распределённый в пространстве заряд. Практически, любое материальное тело распределяет его по своей поверхности. Поэтому, зачастую, прибегают к его дроблению на множество составляющих и это оправдано, учитывая заряженность элементарных частиц и их размеры.
Анализировать сложные многозарядные системы возможно с применением суперпозиции. Это позволяет суммировать действие единичных компонентов при определении консолидированного поля в конкретной локализации.
Этот же подход используется при анализе характеристик сложных систем и прогнозировании их динамики с высокой точностью.
Распределённый заряд и его поле
Виртуально смоделируем диффузность состоящую из множественности ТЗ: q1, q2, q3….
В любой из заданных точек Р каждый из них образует собственное поле и потому заряд, помещённый в него, подвергается консолидированному действию множественности q1, q2, q3…. Согласно формуле =qn n
Суперпозиционный принцип указывает, что консолидированное действие оказываемое диффузностью на q — сумма векторов действующих сил:
= 1+ 2+ 3+…. n=q1+q2+…qn
Консолидированное действие ТЗ диффузности характеризуется полной интенсивностью поля в локализации Р:
= =1+2+3+…n
Подведём итоги: суммирующее поле пространственной точечной локализации «Р» — это сумма векторов полей ТЗ содержащихся в диффузности заряда, что и является принципом суперпозиции.
Как определить напряжённость электростатического поля
Рассмотрим пример создания статического поля созданного ТЗ — +Q. Согласно закону Кулона, при помещении в поле тестового положительно-заряженного тела, возникнет отталкивание по модулю равное F=k
При этом использовать в качестве определяющего параметра не представляется возможным, ввиду пропорциональности его модуля пробному заряду q, а вот соотношение сил воздействия Q на q не зависят от этого: и может характеризовать поле.
Эту величину называют напряжённостью в вакууме. При этом, найти напряжённость поля достаточно просто имея Q — абсолютное значение заряда и расстояние до него в метрах. Другой вариант как найти напряжённость — использовать суперпозиционное правило.
Заключение
В этом коротком обзоре бы постарались коснуться фундаментальных свойств и параметров электростатических полей. Таким параметром является переменная по вектору величина — напряжённость.
Нами показано, в чем измеряется поле, зависимость от расстояния, ключевые аспекты взаимного влияния многозарядных образований, другие факторы. Надеемся, что предоставленная информация была полезна и готовы ответить на ваши вопросы.
Занимайтесь на курсах ЕГЭ и ОГЭ в паре TwoStu и получите максимум баллов на экзамене:
