Электрическое поле

В проведенных на прошлых уроках опытах вы увидели, что заряженные тела притягиваются друг к другу или отталкиваются друг от друга. Значит, они как-то взаимодействуют друг с другом. При этом взаимодействие происходит не только при непосредственном соприкосновении тел.

Это заставляет нас сделать вывод, что электрические заряды взаимодействуют на расстоянии. И чем ближе они находятся друг к другу, тем это взаимодействие сильнее.

Каким же образом осуществляется это взаимодействие? На данном уроке мы ответим на этот вопрос, введем новые определения и узнаем их свойства.

Передача электрического взаимодействия

В изучении механических явлений мы наблюдали, как тела взаимодействуют друг с другом при непосредственном контакте. Например, человек передвигает шкаф, мяч падает на землю, рычаг поднимает груз. А теперь, рассматривая электрические явления, мы наблюдаем совсем другую картину.

Так как же взаимодействуют друг с другом заряженные тела?

В прошлых опытах наэлектризованные тела находились на каком-то расстоянии друг от друга. Логично предположить, что это взаимодействие осуществлялось через воздух, окружающий эти тела.

Значит, если воздуха не будет и мы создадим вакуум, то и электрического взаимодействия между телами не будет?

Давайте проверим эту гипотезу на опыте. Возьмем заряженный электроскоп и поместим его под купол воздушного насоса (рисунок 1).

Создадим под куполом вакуум. По идее, если бы наша гипотеза о взаимодействии наэлектризованных тел через воздух работала, то лепестки электроскопа должны были бы опуститься. Но они по-прежнему отталкиваются друг от друга. 

Значит, наша гипотеза неверна. Взаимодействие происходит каким-то другим образом.

{"questions":[{"content":"Электрическое взаимодействие между телами в вакууме[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["Не проявляется","Проявляется","Зависит от знака взаимодействующих зарядов"],"explanations":["Опыт с заряженным электроскопом показывает, что электрическое взаимодействие остается и в среде без воздуха.","","В вакууме взаимодействуют любые заряды."],"answer":[1]}}}]}

Электрическое поле

В поисках ответа на вопрос о взаимодействии наэлектризованных тел было проведено множество научных исследований. В итоге, учёные пришли к выводу, что любое заряженное тело окружено электрическим полем.

Электрическое поле — это особый вид материи, посредством которого осуществляется электрическое взаимодействие заряженных тел.

• Этот вид материи радикально отличается от вещества. Мы не можем зафиксировать его наличие с помощью наших органов чувств
• Электрическое поле окружает любое заряженное тело
• Электрическое поле проявляет себя в том, что оно действует на любой находящийся в нем электрический заряд

{"questions":[{"content":"Электрическое поле существует[[choice-6]]","widgets":{"choice-6":{"type":"choice","options":["Вокруг любого заряженного тела","Вокруг всех тел","Только вокруг тела с положительным зарядом","Только вокруг тела с отрицательным зарядом"],"explanations":["","Если тело электрически нейтрально (не обладает зарядом), то электрическое поле не возникает.","",""],"answer":[0]}}}]}

Электрическая сила

Представим, что у нас есть два электрических заряда, между которыми мы наблюдаем отталкивание или притяжение. Каждый из них окружает электрическое поле.

Теперь мы можем объяснить взаимодействие между ними следующим образом:

электрическое поле, окружающее первый заряд, действует с некоторой силой на второй заряд, который в поле первого заряда. И в это же время электрическое поле второго заряда действует на первый.

С какой силой происходит это взаимодействие? Введем новое определение.

Электрическая сила — это сила, с которой электрическое поле действует на внесенный в него электрический заряд.

{"questions":[{"content":"Если внести в электрическое поле заряженное тело, то на него[[choice-11]]","widgets":{"choice-11":{"type":"choice","options":["будет действовать электрическая сила","Не будет оказано никакого действия","Будет действовать сила трения"],"answer":[0]}}}]}

Взаимодействие наэлектризованных тел

Сделаем важные выводы о взаимодействии наэлектризованных тел друг с другом, проведя пару простых опытов.

У нас есть гильза, изготовленная из металлической фольги. Она подвешена на шелковой нити и уже наэлектризована. 

Возьмем наэлектризованную эбонитовую палочку. Она имеет отрицательный заряд. Поднесем ее к нашей гильзе. Она оттолкнется от палочки (рисунок 2).

Получается, что мы обнаружили электрическое поле эбонитовой палочки по его действию на заряд, которым обладает гильзе.

Но наэлектризованная гильза тоже имеет электрическое поле. Следовательно, она тоже действовала на эбонитовую палочку. Мы не смогли этого увидеть, потому что палочка была зафиксирована в нашей руке.

Значит,

В случае наэлектризованных тел наблюдается взаимодействие.

Проведем следующий опыт. Возьмем наэлектризованную эбонитовую палочку и гильзу, но уже с противоположным — положительным — зарядом.

Поднесем палочку к гильзе. Подвешенная на нити гильза начнет притягиваться к палочке (рисунок 3).

Если мы будем постепенно приближать палочку, то увидим, что гильза все больше и больше протягивается. Угол ее отклонения увеличивается.

Значит, чем ближе находятся друг к другу наэлектризованных тела, тем сильнее действие электрического поля.

Вблизи заряженного тела действие поля сильнее, а по мере удаления от него действие поля ослабевает.

{"questions":[{"content":"Действие электрического поля зависит от [[choice-17]]","widgets":{"choice-17":{"type":"choice","options":["Расстояния до внесеннего в него заряженного тела","Времени взаимодействия","Того, находится заряженое тело в воздухе или в вакууме"],"explanations":["Чем меньше расстояние, тем сильнее электрическое поле действует на заряженное тело.","",""],"answer":[0]}}}]}

Свойства электрического поля

1. Электрическое поле возникает вокруг любого заряда
2. Определяется оно по действию на другой электрический заряд
3. Все электрические взаимодействия сопровождаются образованием электрического поля
4. Электрическое поле обладает некоторой энергией

Последнее свойство является следствием того, что на заряд в электрическом поле действует электрическая сила. Если действует сила, то поле совершает какую-то работу. Если же совершается работа, то поле обладает определенной энергией.

{"questions":[{"content":"Электрическое поле можно определить, рассматривая[[choice-20]]","widgets":{"choice-20":{"type":"choice","options":["Его действие на другой электрический заряд","Любой электрический заряд","Электризацию тел"],"explanations":["","Любой электрический заряд обладает электрическим полем, но этот факт не позволяет нам определить наличие этого поля.","Электризация позволяет нам говорить о делимости электрического заряда, но не позволяет как-то определить электрическое поле."],"answer":[0]}}}]}

Упражнения

Упражнение №1
Куда будут двигаться отрицательно заряженные пушинки, попавшие в электрическое поле потертой мехом эбонитовой палочки?

Если мы натрем о мех эбонитовую палочку, то она обретет отрицательный заряд. Если она теперь имеет электрический заряд, значит, вокруг нее теперь существует электрическое поле. Отрицательно заряженные пушинки будут отталкиваться от эбонитовой палочки, так как палочка и пушинки имеют одноименные заряды.

Упражнение №2
К заряженной гильзе поднесли палочку, имеющую заряд противоположного знака. Как будет меняться отклонение гильзы по мере приближения палочки? Почему?

Чем ближе мы будет подносить палочку к гильзе, тем сильнее последняя будет отклоняться — будет увеличиваться ее угол наклона. Происходить это будет потому, что при сокращении расстояния между палочкой и гильзой действие электрического поля будет усиливаться.