Как читать линии поля
Переключай конфигурацию и положение пробы. Сопоставь локальный вектор поля и силу.
Схему можно прокрутить вбок. Все значения повторены в расчёте ниже.
Качественная карта электростатического поля; стрелки в сетке задают локальные направления. Количество стрелок выбрано для наглядности, их длины нормированы. Траектория движения не моделируется.
Касательная: направление в каждой точке
Линия напряжённости — воображаемая направленная линия, касательная к которой совпадает с E⃗ в каждой точке. Стрелка показывает направление силы на положительный пробный заряд. Для отрицательного заряда сила направлена противоположно.
Линии не являются материальными нитями. Их число на рисунке выбирает автор схемы. Относительная густота помогает сравнивать поле только при согласованном способе изображения.
Касательная
Направление E⃗
Стрелка
От плюса к минусу или к бесконечности
Густота на согласованной схеме
Качественное сравнение модуля
Линии поля показывают направление напряжённости, а не поток вещества.
Можно ли измерить E простым пересчётом линий на любой картинке?
Нет. Нужны масштаб и соглашение построения; произвольное число линий не даёт численного значения.
Источники: от положительного к отрицательному
Линии выходят из положительных зарядов и входят в отрицательные; часть линий может уходить на бесконечность или приходить из неё. Поле одного точечного заряда радиально. В электростатике линии не образуют замкнутые контуры.
В регулярной точке с ненулевым полем линии не пересекаются: иначе полю приписывались бы два направления одновременно. В точке нулевого поля направление не определено, поэтому особые точки рассматривают отдельно.
| Схема | Направление линий |
|---|---|
| Положительный источник | Наружу |
| Отрицательный источник | К источнику |
| Диполь | От плюса к минусу |
| Однородное поле | Параллельные равноотстоящие линии |
Пересечение линий в обычной точке противоречит единственности направления поля.
Чем электрические линии отличаются от линий магнитного поля?
Электростатические линии могут начинаться и заканчиваться на зарядах; магнитные линии не имеют начала и конца на отдельных полюсах; на рисунке они могут замыкаться или продолжаться за его пределами.
Линии поля и эквипотенциальные линии диполя
Сравни линии поля с эквипотенциальными линиями: в регулярных точках они пересекаются под прямым углом. Линии поля не являются траекториями всех частиц.
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.
Конденсаторы на электронной плате
Внутри конденсатора геометрия проводников формирует поле. Однородное поле плоских пластин — учебное приближение, а устройства на фото имеют более сложную конструкцию.
Giovanna 27 · CC BY 4.0 · Источник. Без изменений.
Изображение временно недоступно. Ссылка на источник находится выше.
Однородность: одинаковый вектор
Однородное поле имеет одинаковые модуль и направление E⃗ во всех точках области. Между большими параллельными разноимённо заряженными пластинами вдали от краёв поле можно считать приближённо однородным.
Одной параллельности линий на неточной картинке недостаточно: важно также постоянство модуля. Возле краёв пластин поле искривляется, поэтому идеализация имеет пространственные границы.
| Область | Приближение |
|---|---|
| Средняя часть широкого зазора | Почти однородное поле |
| Возле края пластин | Заметные краевые эффекты |
| Около точечного заряда | Радиальное неоднородное поле |
Однородность означает постоянство всего вектора, а не только направления.
Равно ли поле нулю между пластинами, если заряды равны по модулю?
Нет. Между разноимёнными пластинами их поля складываются. Нулевой общий заряд системы не означает нулевого поля внутри.
Траектория: нужна ещё начальная скорость
Линия поля определяет направление силы, но не обязана совпадать с траекторией частицы. При ненулевой начальной скорости, направленной поперёк поля, траектория искривляется. Скорость и ускорение могут иметь разные направления.
В интерактиве переключай радиальные, дипольные и однородные схемы. Выбранная точка показывает касательную и силы на заряды двух знаков. Изучай направление по стрелке, а не только по общей форме линии.
Найти точку
Где находится проба?
Провести касательную
Так направлено E⃗
Учесть знак q
Сила по полю или против него
Для траектории частицы нужны начальные условия и закон движения.
Будет ли отрицательный заряд всегда лететь против линий?
Против линий направлена электрическая сила. Начальная скорость может быть любой, поэтому движение требует отдельного расчёта.
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», § 20. Тема и содержание сверены с файлом «10 класс. Физика — § 20. Линии напряжённости электростатического поля.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.