Электрическое поле
⚡ Физика · 9 класс
Электрический заряд и электрическое поле
Электрический заряд — физическая величина, определяющая способность тел участвовать в электромагнитных взаимодействиях. Существует два рода зарядов: положительный и отрицательный. Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые — притягиваются. Заряд измеряют в кулонах (Кл).
Вокруг каждого заряженного тела существует особый вид материи — электрическое поле. Именно через поле, а не через пустоту, один заряд действует на другой. Поле невидимо, но реально: оно действует с силой на любой заряд, попавший в него.
Закон Кулона
Сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов прямо пропорциональна произведению их модулей и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:
F = k · |q₁ · q₂| / r²
где k ≈ 9·10⁹ Н·м²/Кл² — коэффициент пропорциональности, q₁, q₂ — заряды, r — расстояние между ними. Обратите внимание: при увеличении расстояния вдвое сила падает в четыре раза.
Напряжённость электрического поля
Напряжённость — силовая характеристика поля. Она показывает, с какой силой поле действует на единичный положительный заряд, помещённый в данную точку:
E = F / q
Напряжённость — векторная величина, измеряется в Н/Кл (или В/м). Поле точечного заряда: E = k·|q| / r². Графически поле изображают силовыми линиями: они выходят из положительного заряда и входят в отрицательный. Чем гуще линии, тем сильнее поле в этой области.
Важная особенность напряжённости в том, что она не зависит от того, какой пробный заряд мы поместили в точку. Поле существует само по себе, как свойство пространства вокруг источника. Если в одну точку поместить заряд вдвое больший, сила на него вырастет вдвое, но отношение F/q останется прежним. Поэтому напряжённость удобна как объективная мера поля. Когда зарядов несколько, напряжённости от каждого складывают по правилу сложения векторов — это принцип суперпозиции полей.
Характеристики поля
| Величина | Обозначение | Формула | Единица |
|---|---|---|---|
| Заряд | q | — | Кл |
| Сила Кулона | F | k·|q₁q₂|/r² | Н |
| Напряжённость | E | F/q | Н/Кл |
Разбор задачи
Два точечных заряда q₁ = 2·10⁻⁶ Кл и q₂ = 3·10⁻⁶ Кл находятся в вакууме на расстоянии r = 0,3 м. Найти силу их взаимодействия.
Дано: q₁ = 2·10⁻⁶ Кл; q₂ = 3·10⁻⁶ Кл; r = 0,3 м; k = 9·10⁹.
Формула: F = k · q₁ · q₂ / r²
F = 9·10⁹ · 2·10⁻⁶ · 3·10⁻⁶ / (0,3)²
F = 9·10⁹ · 6·10⁻¹² / 0,09
F = 54·10⁻³ / 0,09 = 0,6 Н
Ответ: заряды отталкиваются с силой 0,6 Н.
Частые ошибки: забывают возвести расстояние в квадрат или подставляют его в сантиметрах вместо метров. Ещё путают силу и напряжённость:Fзависит от обоих зарядов, аE— характеристика самого поля и от пробного заряда не зависит.
Кратко о главном
- Есть два рода зарядов; одноимённые отталкиваются, разноимённые притягиваются.
- Заряды взаимодействуют через электрическое поле, а не напрямую.
- Закон Кулона:
F = k·|q₁q₂|/r²; сила обратно пропорциональна квадрату расстояния. - Напряжённость
E = F/q— силовая характеристика поля, векторная величина. - Силовые линии выходят из плюса и входят в минус.