Источник, поле и проба
Перемещай пробу и меняй её знак. Раздели изменение поля в точке и изменение силы на пробе.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
Вакуум, точечный источник. Проба не изменяет источник. Стрелки E и F имеют разные условные масштабы; движение частицы не рассчитывается.
Поле: посредник взаимодействия
Электрический заряд создаёт в окружающем пространстве электрическое поле. Оно действует на другие заряды. Электростатическое поле соответствует неподвижным источникам и неизменному во времени распределению зарядов в выбранной системе отсчёта.
Поле существует и там, где в данный момент нет пробного заряда. Пробный заряд нужен для обнаружения действия поля, а не для его создания источником. При измерении он должен достаточно мало изменять исследуемое распределение.
Источник
Создаёт поле
Точка пространства
Поле имеет определённое значение
Пробный заряд
Испытывает действие поля
Поле источника не исчезает при удалении пробного заряда.
Почему слово «пробный» важно?
Слишком большой заряд может заметно перераспределить заряды источника и изменить измеряемое поле.
Наблюдение: сила зависит и от поля, и от пробы
В одной точке поле остаётся тем же, но сила на разные пробные заряды может различаться. При увеличении пробного заряда вдвое сила увеличивается вдвое. При смене знака заряда направление силы меняется на противоположное.
Поэтому поле нельзя характеризовать только силой без указания заряда. Величина E⃗ = F⃗/q позволяет выделить характеристику самого поля; подробно она рассматривается в следующем параграфе.
| Что меняем | Что сохраняем | Что наблюдаем |
|---|---|---|
| Модуль пробы q | Источник и точку | Модуль силы меняется |
| Знак пробы | Источник и точку | Направление силы обращается |
| Убираем пробу | Источник | Поле остаётся |
Сила на пробный заряд и поле в точке — разные физические величины.
Если отрицательная проба движется влево, обязательно ли поле направлено влево?
Нет. Сила на отрицательный заряд противоположна полю, а скорость дополнительно зависит от начальных условий.
Линии поля и эквипотенциальные линии диполя
Поле двух зарядов существует во всём окружающем пространстве. Проба позволяет исследовать его, а не создаёт его своим появлением.
File:VFPt charges plus minus.svg: Geek3 / derivative work: MikeRun · CC BY-SA 3.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Генератор Ван де Граафа
Поле заряженного проводника зависит от его формы и распределения заряда. Воздух для существования электрического поля не обязателен.
Jared C. Benedict · CC BY-SA 3.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Причинность: изменения не мгновенны
Поле является физическим объектом, способным передавать энергию и импульс. Изменение состояния источника не передаётся во все точки пространства мгновенно. Электростатические формулы описывают установившуюся ситуацию, когда временными изменениями можно пренебречь.
Изображение стрелок на экране — способ показать величину в разных точках. Стрелки не являются струями вещества, а линии поля — нитями. Наличие вакуума не препятствует существованию электрического поля.
Вакуум
Поле может существовать
Материальная среда
Её заряды изменяют распределение поля
Установившееся состояние
Применима электростатическая модель
Электростатическая схема не описывает мгновенное распространение изменений.
Нужен ли воздух, чтобы два заряда взаимодействовали?
Нет. Электрическое взаимодействие существует в вакууме; вещество среды может изменить его величину.
Модель: отделяем источник от индикатора
В интерактиве источник и проба имеют разные обозначения. Перемещай пробу и меняй её знак: поле рассчитывается по источнику и положению, сила — с учётом пробы. Наблюдай, какие величины изменились, а какие нет.
Если источник положительный, поле направлено от него. Положительная проба испытывает силу по полю, отрицательная — против. Само направление движения не моделируется без задания массы, начальной скорости и времени.
Задать источник
Знак и величина Q
Выбрать точку
Расстояние от источника
Добавить пробу
Вычислить силу F⃗ = qE⃗
Направление поля задают по действию на положительный пробный заряд.
Можно ли по одной стрелке силы понять знак источника?
Только если известны положение и знак пробного заряда, а также состав источников поля.
Шесть выводов
Тест · 10 вопросовОдин правильный ответ в каждом вопросе
Сначала изучи модель и конспект. За каждый верный ответ — 0,5 балла, максимум — 5. После проверки откроются пояснения.
Учебный источник и иллюстрации
Основа: предоставленный учебник «Физика, 10 класс», § 18. Тема и содержание сверены с файлом «10 класс. Физика — § 18. Электростатическое поле.pdf». Объяснения, расчётные примеры и модели подготовлены для этого конспекта. Дополнительные зависимости в моделях отмечены отдельно.
Изображения загружаются непосредственно из интернета. Авторство и лицензии указаны под каждой иллюстрацией. Размеры и цвета учебных схем условны; ограничения каждой модели указаны рядом.