Силовые линии электрического поля
⚡ Физика · 10 класс
Как изображают электрическое поле
Электрическое поле невидимо, но его можно наглядно представить с помощью силовых линий, которые называют также линиями напряжённости. Это воображаемые линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряжённости поля в этой точке. Силовые линии помогают увидеть структуру поля и понять, куда будет двигаться положительный заряд.
Свойства силовых линий
Силовые линии электростатического поля обладают рядом важных свойств:
- они начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных (либо уходят в бесконечность);
- они никогда не пересекаются, потому что в каждой точке поле имеет единственное направление;
- густота линий показывает величину напряжённости: где линии гуще, там поле сильнее;
- линии незамкнуты, в отличие от замкнутых линий магнитного поля.
Картины полей
Для точечного положительного заряда силовые линии расходятся радиально наружу, как лучи от центра. Для отрицательного заряда они, наоборот, сходятся внутрь, к заряду. Между двумя разноимёнными зарядами линии идут непрерывно от плюса к минусу, образуя характерную картину.
| Источник поля | Картина линий |
|---|---|
| Положительный заряд | Лучи наружу |
| Отрицательный заряд | Лучи внутрь |
| Две пластины | Параллельные линии |
Однородное поле
Однородным называют поле, в каждой точке которого вектор напряжённости одинаков по модулю и направлению. Его силовые линии — это параллельные, равноотстоящие друг от друга прямые. Такое поле создаётся, например, между двумя разноимённо заряженными пластинами плоского конденсатора, если расстояние между ними мало по сравнению с их размерами.
Принцип суперпозиции
Если поле создано сразу несколькими зарядами, то напряжённость в каждой точке равна векторной сумме напряжённостей, создаваемых каждым зарядом по отдельности:
E = E_1 + E_2 + E_3 + ...Это и есть принцип суперпозиции полей. Складывать нужно именно векторы, учитывая их направления, а не просто числа.
Разбор примера
В некоторой точке поле от первого заряда даёт напряжённость E_1 = 30 В/м вправо, а от второго — E_2 = 40 В/м тоже вправо. Поскольку направления совпадают, по принципу суперпозиции:
E = E_1 + E_2 = 30 + 40 = 70 В/м (вправо)Если бы векторы были направлены под углом, пришлось бы складывать их по правилу параллелограмма.
Частые ошибки. Силовые линии не существуют физически — это лишь удобный способ изображения поля. Они не могут пересекаться: пересечение означало бы два разных направления поля в одной точке, что невозможно. При сложении напряжённостей важно помнить, что это векторы: их нельзя складывать как обычные числа, если они направлены под углом друг к другу.
Кратко о главном
- Силовые линии показывают направление вектора напряжённости поля.
- Они начинаются на «плюсах», заканчиваются на «минусах» и не пересекаются.
- Густота линий отражает величину напряжённости.
- Поле нескольких зарядов находят по принципу суперпозиции (векторно).