Идеи близко - и дальнодействия

При рассмотрении взаимодействий электрических зарядов непременно возникает вопрос: как передаётся действие одного заряда на другой? Возникает ли сила как результат непосредственного взаимодействия зарядов на расстоянии, или между ними существует какая-то «передающая среда», ускользающая до времени от нашего внимания?

Этот же вопрос можно поставить и по-другому.

Представим себе пустое, «чистое» пространство. Теперь внесём сюда электрический заряд. Изменилось ли при этом пространство? Приобрело ли оно какие-то новые свойства, или осталось прежним? Среди учёных были сторонники той точки зрения, что электрическая сила передаётся между зарядами на расстоянии. Это теория дальнодействия. Но многие считали, что усилие не может быть передано дистанционно, что между зарядами существует особая среда, передающее влияние одного заряда на другой. Сторонники этой концепции — «близкодействия» — полагали, что при появлении заряда в пространстве оно приобретает свойство силового действия на другой заряд. Это видоизменённое пространство получило название электростатическое поле.

Спор сторонников этих двух направлений был разрешён в конце XIX века, когда Генрих Герц экспериментально доказал существование электромагнитных волн. Тем самым была доказана объективная реальность электрического поля, что означало победу теории близкодействия.

2.2. Напряжённость электрического поля. Поле точечного заряда. Графическое представление электрических полей

Электрическое поле — пространство, обладающее свойством действовать с силой на электрический заряд, помещённый в это поле.

Как показывает опыт, эта электрическая сила F пропорциональна величине пробного заряда q, находящегося в исследуемой точке поля.

Поэтому отношение — уже не будет зависеть от величины пробного заряда. Оно определяется только свойством поля в данной точке. Это отношение принято в качестве силовой характеристики электрического поля и получило название напряженность.

(1.2)

Напряжённость данной точки электрического поля равна по величине и совпадает по направлению с силой, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в эту точку (рис. 1.2.) В системе СИ напряжённость измеряется в ньютонах на кулон.

Рис. 1.2.

Поле точечного заряда.

Пусть поле создаётся точечным зарядом Q. Внесём в точку А этого поля пробный точечный заряд q (рис. 1.3.) На него в поле будет действовать сила, равная

.

Рис. 1.3.

Но эту же силу можно записать, воспользовавшись законом Кулона (1.1)

Сопоставив эти два уравнения, легко получить выражение для напряжённости электрического поля, созданного точечным зарядом Q:

(1.3)

Напряжённость поля точечного заряда прямо пропорциональна величине заряда Q, создающего поле, и обратно пропорциональна квадрату расстояния от заряда, до той точки поля, в которой измеряется напряжённость.

В любой точке такого поля вектор напряженности направлен по радиусу от положительного заряда (+ Q), либо к заряду, если он отрицателен (– Q).

Электрические поля удобно представлять графически с помощью силовых линий.

Силовая линия — в общем случае кривая, касательная к которой в любой точке совпадает по направлению с направлением вектора напряжённости в этой точке (рис. 1.4.).

Рис. 1.4.

С помощью таких силовых линий определяют не только направление, но и величину напряженности поля в разных точках. Для этого силовые линии проводят гуще там, где модуль вектора напряжённости выше.

Выберем в электрическом поле поверхность единичной площади, перпендикулярную силовым линиям (рис. 1.5.). Договорились, при графическом изображении поля проводить через единичную поверхность такое количество силовых линий, которое равно напряжённости поля в этой области. На рисунках 1.6. и 1.7. представлены «графические портреты» электрических полей, созданных точечными зарядами (+ Q) и (– Q).

Рис. 1.5.

Рис. 1.6.

Рис. 1.7.