«электромагнитные поля и волны»

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ



1.1. Закон кулона

Электрическое поле действует на заряженное тело (заряд), помещенное в это поле. Если заряженное тело находится вблизи другого заряженного тела (заряда), то электрическое поле одного заряженного тела (заряда), то электрическое поле одного заряженного тела (заряда) будет взаимодействовать с электрическим полем другого. Сила взаимодействия двух полей определяется законом Кулона:

F = Qĝ /4πR²ε_a (1.1.1)
Электрическое поле действует на заряд, помещенный в это поле, с силой прямо пропорциональной произведению обоих зарядов (заряда, создающего поле, и заряда, вносимого в это поле) и обратно пропорциональной квадрату расстояния между их центрами:

Рис.1.1

где F — сила действия поля на заряд, внесенный в это поле, т.е. сила взаимодействия полей двух зарядов, Н; Q_п — величина заряда, создающего электрическое поле, Кл; ĝ — величина заряда, внесенного в электрическое поле, Кл; R — расстояние между центрами тел, несущих заряды, м; ε_а— величина, характеризующая среду, в которой взаимодействуют поля зарядов.

Силы взаимодействия полей зарядов направлены так, что разноименные заряды (положительный и отрицательный) притягиваются, а одноименные заряды (положительные или отрицательные) отталкиваются (рис.1.1. а, б).

Силы взаимодействия неподвижных электрических зарядов называют электростатическими.
Единица силы — ньютон (Н):

Закон Кулона справедлив для точечных зарядов.

Если линейные размеры заряженных тел малы по сравнению с расстоянием между ними (тела сосредоточены как бы в точках), то такие тела (заряды) называют точечными.


1.2. Диэлектрическая проницаемость

Величину, характеризующую влияние диэлектрической среды на силы взаимодействия электрических полей, называют абсолютной диэлектрической проницаемостью ε_а.

Различные среды имеют различные значения диэлектрической проницаемости.
Единица диэлектрической проницаемости по (1.2.1)
[ε_а.] = = Ф/м.
Абсолютную диэлектрическую проницаемость вакуума называют электрической постоянной ε_0.
Опытным путем определено, что электрическая постоянная

ε_а= 10^-9/36π = 8,855 _* 10^-12 Ф/м (1.2.1)

Абсолютные диэлектрические проницаемости других сред удобно выражать через электрическую постоянную.

Отношение абсолютной диэлектрической проницаемости среды к электрической постоянной называют относительной диэлектрической проницаемостью ε_r:

ε_аа/ ε₀ = ε_r или ε_а= ε₀ε_r. (1.2.2)

Таким образом, относительная диэлектрическая проницаемость ε_r— это величина, показывающая, во сколько раз абсолютная диэлектрическая проницаемость среды больше электрической постоянной.

Относительная диэлектрическая проницаемость размерности не имеет.
В табл. 1.2.1 приведены значения относительных диэлектрических проницаемостей для некоторых изоляционных материалов (сред).

Таблица 1.2.1

Наименование среды Ɛr	Наименование среды Ɛr
Вакуум 1,0 Воздух 1,0006 Трансформаторное масло 2,2 Парафин 2 — 2,24 Лавсан 3 — 3,5 Эбонит 3,1	Резина 2,6 — 3,5 Стекло 5 — 10 Слюда 6 — 8 Бумага, пропитанная пара- фином 4,3 Мрамор 8,4

Как следует из табл.(1.2.1), у большинства диэлектриков ε_r= 1 ÷ 10 и мало зависит от электрических условий и температуры среды.

Существует небольшая, но обладающая ценными свойствами группа диэлектриков, называемых сегнетоэлектриками (по имени первого открытого вещества этой группы), в которых проницаемость ε_rдостигает значений порядка многих тысяч и непостоянна, в частности сильно зависит от температуры. К сегнетоэлектрикам относятся, например, титанат бария и титанат свинца.