19. Напряженность электростатического поля.

Напряжённость электри́ческого по́ля — векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы {\displaystyle {\vec {F}},} ${\vec F},$ действующей на неподвижный точечный заряд, помещённый в данную точку поля, к величине этого заряда {\displaystyle q} $q$ [1]:

{\displaystyle {\vec {E}}={\frac {\vec {F}}{q}}} ${\vec E}={\frac {{\vec F}}{q}}$ .

Из этого определения видно, почему напряжённость электрического поля иногда называется силовой характеристикой электрического поля (действительно, всё отличие от вектора силы, действующей на заряженную частицу, только в постоянном[2] множителе).

В каждой точке пространства в данный момент времени существует своё значение вектора {\displaystyle {\vec {E}}} $\vec E$ (вообще говоря — разное[3] в разных точках пространства), таким образом, {\displaystyle {\vec {E}}} $\vec E$ — это векторное поле. Формально это выражается в записи

{\displaystyle {\vec {E}}={\vec {E}}(x,y,z,t),} ${\vec E}={\vec E}(x,y,z,t),$

представляющей напряжённость электрического поля как функцию пространственных координат (и времени, так как {\displaystyle {\vec {E}}} $\vec E$ может меняться со временем). Это поле вместе с полем вектора магнитной индукции представляет собой электромагнитное поле [4], и законы, которым оно подчиняется, есть предмет электродинамики.

Напряжённость электрического поля в Международной системе единиц (СИ) измеряется в вольтах на метр [В/м] или в ньютонах на кулон [Н/Кл].

Сила, с которой действует электромагнитное поле на заряженные частицы[править | править код]

Полная сила, с которой электромагнитное поле (включающее вообще говоря электрическую и магнитную составляющие) действует на заряженную частицу, выражается формулой силы Лоренца:

{\displaystyle {\vec {F}}=q{\vec {E}}+q{\vec {v}}\times {\vec {B}},} ${\vec F}=q{\vec E}+q{\vec v}\times {\vec B},$

где q — электрический заряд частицы, {\displaystyle {\vec {v}}} ${\vec {v}}$ — её скорость, {\displaystyle {\vec {B}}} ${\vec {B}}$ — вектор магнитной индукции (основная характеристика магнитного поля), косым крестом {\displaystyle \times } $\times$ обозначено векторное произведение. Формула приведена в единицах СИ.

Как видим, эта формула полностью согласуется с определением напряженности электрического поля, данном в начале статьи, но является более общей, так как включает в себя также действие на заряженную частицу (если та движется) со стороны магнитного поля.

В этой формуле частица предполагается точечной. Однако эта формула позволяет рассчитать и силы, действующие со стороны электромагнитного поля на тела любой формы с любым распределением зарядов и токов — надо только воспользоваться обычным для физики приемом разбиения сложного тела на маленькие (математически — бесконечно маленькие) части, каждая из которых может считаться точечной и таким образом входящей в область применимости формулы.

Остальные формулы, применяемые для расчета электромагнитных сил (такие, как, например, формула силы Ампера) можно считать следствиями[5] фундаментальной формулы силы Лоренца, частными случаями её применения итп.

Однако для того, чтобы эта формула была применена (даже в самых простых случаях, таких, как расчет силы взаимодействия двух точечных зарядов), необходимо знать (уметь рассчитывать) {\displaystyle {\vec {E}}} $\vec E$ и {\displaystyle {\vec {B}},} ${\vec B},$ чему посвящены следующие параграфы.