Номер 5, страница 307 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Электростатика. Глава 7. Электрические взаимодействия. Параграф 37. Взаимодействие электрических зарядов - номер 5, страница 307.

Условие.

5. Расскажите об основных свойствах электрического поля.

Решение.

Электрическое поле — это особый вид материи, существующий вокруг электрических зарядов или в пространстве, где изменяется магнитное поле. Оно является посредником при взаимодействии электрических зарядов. Основные свойства электрического поля следующие:

1. Источники поля и его обнаружение
Электрическое поле порождается электрическими зарядами. Любое заряженное тело или частица создает вокруг себя электрическое поле. Также, согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, вихревое электрическое поле создается изменяющимся во времени магнитным полем. Обнаружить электрическое поле можно по его силовому действию на внесенный в него пробный электрический заряд. Сила, действующая на заряд $\text{q}$ в электрическом поле, определяется формулой $\vec{F} = q\vec{E}$, где $\vec{E}$ — напряженность электрического поля.

2. Материальность поля
Электрическое поле материально, оно существует объективно, независимо от нашего сознания и методов его обнаружения. Как форма материи, оно обладает энергией. Плотность энергии электростатического поля в вакууме равна $w_e = \frac{\epsilon_0 E^2}{2}$, где $\epsilon_0$ — электрическая постоянная, а $\text{E}$ — модуль напряженности поля. Поле также обладает импульсом и может оказывать давление (например, давление света, который является электромагнитной волной).

3. Силовое действие на заряды
Основное свойство, по которому мы судим о наличии электрического поля, — это его способность действовать с силой на электрические заряды. Силовая характеристика электрического поля — это вектор напряженности $\vec{E}$. Напряженность в данной точке поля — это физическая величина, равная отношению силы, с которой поле действует на точечный пробный заряд, помещенный в эту точку, к величине этого заряда: $\vec{E} = \frac{\vec{F}}{q}$. Направление вектора $\vec{E}$ совпадает с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.

4. Принцип суперпозиции
Если в пространстве существует электрическое поле, созданное несколькими источниками (зарядами), то напряженность результирующего поля в любой точке равна векторной сумме напряженностей полей, создаваемых в этой точке каждым источником в отдельности: $\vec{E} = \vec{E}_1 + \vec{E}_2 + ... + \vec{E}_n = \sum_{i} \vec{E}_i$. Этот принцип является фундаментальным и означает, что поля не влияют друг на друга, а просто складываются.

5. Потенциальность электростатического поля
Электростатическое поле (поле, созданное неподвижными зарядами) является потенциальным (консервативным). Это означает, что работа, совершаемая силами поля при перемещении заряда из одной точки в другую, не зависит от траектории движения, а определяется только начальным и конечным положением заряда. Работа сил поля равна $A_{12} = q(\phi_1 - \phi_2) = qU$, где $\phi$ — потенциал, а $\text{U}$ — разность потенциалов (напряжение). Это свойство позволяет ввести энергетическую характеристику поля — потенциал.

6. Конечность скорости распространения
Электрическое поле не передается мгновенно. Любые изменения в поле (например, при перемещении создающего его заряда) распространяются в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме $c \approx 3 \cdot 10^8$ м/с. Это означает, что если источник поля изменит свое положение, то поле в удаленной точке «узнает» об этом только через время $\Delta t = r/c$, где $\text{r}$ — расстояние до точки.

Ответ: Основные свойства электрического поля: оно создается электрическими зарядами и переменными магнитными полями; оно материально и обладает энергией; оно действует с силой на электрические заряды; для него справедлив принцип суперпозиции (поля от разных источников векторно складываются); электростатическое поле потенциально; изменения поля распространяются с конечной скоростью, равной скорости света.