Потенциал электростатического поля, разность потенциалов

В механике взаимное действие тел друг на друга характеризуют силой или потенциальной энергией. Электростатическое поле, осуществляющее взаимодействие между зарядами, также характеризуют двумя величинами. Напряженность поля – это силовая характеристика. Теперь введем энергетическую характеристику – потенциал. На замкнутой траектории работа электростатического поля равна нулю. Поля, обладающие таким свойством, называются потенциальными. Потенциальный характер, в частности, имеет электростатическое поле точечного заряда. Работу потенциального поля можно выразить через изменение потенциальной энергии. Потенциальная энергия заряда в электростатическом поле пропорциональна заряду. Это справедливо как для однородного поля, так и для любого другого. Следовательно, отношение потенциальной энергии к заряду не зависит от помещенного в поле заряда. Это позволяет ввести новую количественную характеристику поля - потенциал, не зависящую от заряда, помещенного в поле. Потенциалом электростатического поля называют отношение потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду. Согласно данному определению введем формулу. Потенциал (фи) - скалярная величина, это энергетическая характеристика поля; потенциал определяет потенциальную энергию заряда (ку) в данной точке поля. Если в качестве нулевого уровня потенциальной энергии, а, значит, и потенциала принять отрицательно заряженную пластину, то потенциал однородного поля равен произведению напряженности поля на перемещение заряда. Работа перемещения заряда в однородном электростатическом поле не зависит от формы траектории заряда, а зависит от положения в этом поле начальной и конечной точек перемещения. Подобно потенциальной энергии, значение потенциала в данной точке зависит от выбора нулевого уровня для отсчета потенциала. Практическое значение имеет не сам потенциал в точке, а изменение потенциала, которое не зависит от выбора нулевого уровня отсчета потенциала. Разность потенциалов называют также напряжением. Разность потенциалов оказывается равной отношению работы поля к величине заряда. Иначе работу по перемещению единичного заряда называют напряжением электрического поля. В Международной системе единиц работу выражают в джоулях, а заряд – в кулонах. Поэтому разность потенциалов между двумя точками равна единице, если при перемещении заряда в один кулон из одной точки в другую электрическое поле совершает работу в один джоуль. Эту единицу называют вольтом. Охарактеризуем электростатическое поле. Напряженность электрического поля – силовая характеристика поля, физическая векторная величина, численно равная силе, действующей на единичный положительный заряд. Единицы измерения: 1Н/Кл (ньютон на кулон) =1В/м (вольт на метр). Работа перемещения заряда по замкнутой траектории, совершаемая силами электростатического поля, равна нулю. Силы, работа которых на замкнутой траектории равна нулю и не зависит от формы траектории, называются консервативными силами. Потенциальное поле - силовое поле, в котором на тела действуют консервативные силы. Потенциал электростатического поля заряженного шара прямо пропорционален величине заряда и обратно пропорционален радиусу шара. Также, исходя из принципа суперпозиции электрического поля, мы приходим к выводу о том, что потенциал поля, созданного в данной точке множеством зарядов-источников, равен алгебраической сумме потенциалов полей, созданных в этой точке каждым зарядом в отдельности.