10 класс
§ 60. Графическое изображение электрических полей
Линии напряжённости электрического поля.
Фарадей предложил изображать поле линиями, касательные к которым в каждой точке совпадают с вектором напряжённости поля в той же точке поля. Такие линии называют силовыми линиями или линиями напряжённости электрического поля. Отметим их особенности.
1. Предположим, что вблизи положительного точечного заряда нет других положительных зарядов (рис. 9.19, а), а отрицательные заряды расположены на бесконечно большом расстоянии. Линии напряжённости как бы выходят из положительного точечного заряда и идут в бесконечность. Если точечный заряд, образующий электрическое поле, отрицательный, то линии напряжённости сходятся к этому заряду (рис. 9.19, б).
2. За направление силовых линий принимается направление вектора 
. Касательная к силовой линии любого электрического поля всегда совпадает по направлению с напряжённостью поля в данной точке пространства (рис. 9.20).
3. Так как электрическое поле существует в любой точке пространства, то через любую его точку можно провести силовую линию. Напряжённость поля в каждой точке пространства имеет определённое направление и значение. Поэтому через эту точку можно провести только одну силовую линию. Тем самым, силовые линии нигде не пересекаются и не прерываются в точках, где нет источников поля.
4. Силовые линии электростатического поля не замкнуты; они начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных зарядах. На рисунках 9.21 и 9.22 представлены картины электрических полей, созданных двумя разноимёнными и одноимёнными точечными зарядами, равными по модулю.
5. Условились изображать линии напряжённости электростатического поля так, чтобы число линий, исходящих от положительного заряда или заканчивающихся на отрицательном заряде, было пропорционально модулю этого заряда. Чем гуще линии напряжённости в определённой области пространства, тем больше модуль его напряжённости. И наоборот, чем более разрежены линии напряжённости в определённой области пространства, тем меньше модуль его напряжённости.
Кроме того, чем дальше от заряда расположена интересующая нас точка пространства, тем меньше густота силовых линий поля в ней. Следовательно, тем меньше модуль напряжённости электростатического поля и тем с меньшей силой будет это поле действовать на помещённый в поле пробный заряд.
6. На рисунке 9.23 показана картина силовых линий электростатического поля, созданного двумя параллельными металлическими пластинами. Им сообщены равные по модулю, но противоположные по знаку заряды. Из рисунка 9.23 видно, что в пространстве между пластинами вдали от краёв пластин силовые линии параллельны: электростатическое поле здесь одинаково во всех точках.
Электрическое поле, напряжённость которого одинакова (по модулю и направлению) во всех точках пространства, называют однородным.
В ограниченной области пространства электрическое поле можно считать приблизительно однородным, если напряжённость поля внутри этой области меняется незначительно (по модулю и направлению).
Наблюдение силовых линий электрического поля.
Линии напряжённости позволяют представить распределение электрического поля в пространстве. Однако они не более реальны, чем меридианы и параллели на земном шаре. Тем не менее силовые линии можно сделать «видимыми». Для этого нужно металлические тела (электроды) соединить с полюсами электростатической машины и погрузить в вязкий диэлектрик (например, в касторовое или вазелиновое масло). В эту жидкость следует насыпать и хорошо перемешать продолговатые частицы изолятора (например, хинина, манной крупы, семян или мелко настриженный волос).
При зарядке электродов в жидкости создаётся достаточно сильное электрическое поле, под действием которого частицы диэлектрика поляризуются: на их концах возникают заряды противоположного знака (подробно этот процесс будет рассмотрен в § 66 "Диэлектрики в электростатическом поле"). Частицы поворачиваются во внешнем электрическом поле вдоль линий напряжённости, и заряды на их концах взаимодействуют друг с другом. Разноимённые заряды притягиваются, а одноимённые — отталкиваются. В результате частицы диэлектрика выстраиваются вдоль силовых линий (рис. 9.24).
Вопросы:
1. Что называют силовыми линиями (линиями напряжённости) электрического поля?
2. Какими свойствами обладают линии напряжённости электрического поля?
3. Какое электрическое поле можно считать однородным?
Вопросы для обсуждения:
1. По картине силовых линий электростатического поля (рис. 9.25) определите, в какой из точек А, В или C модуль напряжённости поля наибольший. Как направлен вектор напряжённости поля в этих точках?
2. Как можно графически определить, является ли электрическое поле однородным или неоднородным? Является ли однородным поле неподвижного точечного заряда?
