Kvant. Эл. поле

А так ли хорошо знакомо вам электрическое поле? // Квант. — 1986. — №5. — С. 32-33.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

Фарадей своим мысленным взором видел силовые линии, пронизывающие все пространство...

Фарадей искал сущность реальных явлений, протекающих в среде.

Дж. К. Максвелл

Понятие поля впервые было выдвинуто Майклом Фарадеем. Даже если бы Фарадей подарил миру одну лишь эту идею, его имя стало бы бессмертным. Однако исследования Фарадея сделали его поистине основателем современного электромагнетизма.

В дальнейшем эта идея была разработана выдающимся преемником Фарадея Джеймсом Клерком Максвеллом. Полученные им уравнения дают точное математическое опасение электрических и магнитных полей.

В сегодняшнем выпуске «Калейдоскопа» мы укрепим знакомство с понятием поля на примерах, взятых из электростатики.

Вопросы и задачи

1. Приведите пример, когда при сближении двух разноименно заряженных тел сила притяжения между ними уменьшается до нуля.
2. Какова напряженность электрического поля в точке, одинаково удаленной от зарядов, образующих электрический диполь?
3. Покажите, не производя вычислений, что напряженность поля электрического диполя тем меньше, чем меньше расстояние между зарядами, образующими диполь.
4. Как будет вести положительно заряженный шар в каждом из электрических полей, изображенных на рисунке? Как будет вести себя в этих же полях незаряженный шар?

   

5. Заряженный проводник, взятый в виде листа, свернули в цилиндр. Изменилась ли напряженность электрического поля у поверхности проводника?
6. Заряд (-q) находится в центре полой металлической сферы, которая несет заряд (+2q). Изобразите с помощью силовых линий результирующее электрическое поле.
7. На расстоянии r от проводящей незаряженной плоскости находится точечный заряд (+q). С какой силой будут взаимодействовать заряд и плоскость?
8. Может ли существовать в пустоте показанное на рисунке электростатическое поле?

   

Микроопыт

С помощью резиновой трубки, надетой на водопроводный кран, устройте фонтан так, чтобы струя била под углом к вертикали. Поднесите к ниспадающей части струи наэлектризованную палочку и добейтесь того, чтобы рассыпавшаяся на сноп брызг струя вновь слилась. Объясните это явление.

Любопытно, что…

...французского естествоиспытателя Шарля Дюфе (1698—1739), создавшего первую теорию электрических явлений, при проведении опытов по электризации подвешивали на шелковых шнурках и электризовали настолько сильно, что при приближении руки другого человека из него выскакивали искры.

...обычно молнию рисуют бьющей сверху вниз. Между тем в действительности свечение начинается снизу и уже затем распространяется по вертикальному каналу. Молния, точнее — видимая ее фаза, оказывается, бьет снизу вверх!

Что читать об электрическом поле в «Кванте»

1. «Проводящая сфера в задачах по электростатике» — 1983, № 3;
2. «Из старых опытов» — 1983, № 5; 1985, № 7;
3. «Электрическое и магнитное поля» — 1984, № 3;
4. «Что такое электрический пробой» — 1984, № 8;
5. «Теорема, позволяющая решать основные задачи электростатики» — 1984, № 12;
6. «Электрический диполь и его электрический момент» — 1985, № 11;
7. «Как устроена пустота?» — 1986, № 3.

Ответы

1. Кольцо и маленький шарик, движущийся по оси кольца.
2. См. рис. к задаче 3.

   \(~E_1 = k \frac{q}{r^2} , \frac{E}{E_1} = \frac Lr, E = k \frac{Lq}{r^3} \) .

3. См. рис.

   

4. Положительно заряженный шар во всех полях будет двигаться вправо. Незаряженный шар в поле I будет двигаться вправо, в поле II — влево, в поле III — останется в покое.
5. Электрические заряды скапливаются на внешней поверхности проводника. Внутри цилиндра напряженность электрического поля стала равной нулю, у внешней поверхности — увеличилась по сравнению с плоскостью.
6. См. рис.

   

7. См. рис.

   

   \(~F = k \frac{q^2}{4r^2}\) .

8. Нет. При передвижении заряда по замкнутому контуру работа поля не будет равна нулю.

Микроопыт

Близлежащие и отдаленные от палочки капли электризуются под ее влиянием разноименно и, притягиваясь, сливаются.