Номер 5, страница 101 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

5. Какова единица напряжённости электрического поля?

5. Какова единица напряженности электрического поля?

Напряженность электрического поля ($ \vec{E} $) — это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой электрического поля в данной точке. Она определяется как отношение силы ($ \vec{F} $), с которой поле действует на помещенный в эту точку пробный положительный заряд ($q_0$), к величине этого заряда.

Математически это выражается формулой:

$ \vec{E} = \frac{\vec{F}}{q_0} $

Исходя из этой формулы, можно определить единицу измерения напряженности. В Международной системе единиц (СИ) сила измеряется в ньютонах (Н), а электрический заряд — в кулонах (Кл). Следовательно, основной единицей измерения напряженности электрического поля является ньютон на кулон (Н/Кл).

Существует и другая, эквивалентная единица измерения напряженности — вольт на метр (В/м). Эту единицу можно получить из связи напряженности с разностью потенциалов. Для однородного поля напряженность связана с напряжением ($U$) и расстоянием ($d$) между точками поля вдоль силовой линии следующим соотношением:

$ E = \frac{U}{d} $

Здесь напряжение (разность потенциалов) измеряется в вольтах (В), а расстояние — в метрах (м). Отсюда и получается единица В/м.

Равенство этих единиц ($1 \text{ Н/Кл} = 1 \text{ В/м}$) можно показать формально:

$ 1 \frac{\text{В}}{\text{м}} = 1 \frac{\text{Дж/Кл}}{\text{м}} = 1 \frac{\text{Дж}}{\text{Кл} \cdot \text{м}} = 1 \frac{\text{Н} \cdot \text{м}}{\text{Кл} \cdot \text{м}} = 1 \frac{\text{Н}}{\text{Кл}} $

Таким образом, обе единицы являются правильными и взаимозаменяемыми.

Ответ: Единицей измерения напряженности электрического поля в системе СИ является ньютон на кулон (Н/Кл) или, что эквивалентно, вольт на метр (В/м).

6. Как опытным путём определить направление напряжённости электрического поля?

Направление напряженности электрического поля в некоторой точке пространства по определению совпадает с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд, помещенный в эту точку. Исходя из этого определения, можно провести эксперимент для определения направления вектора напряженности $ \vec{E} $.

Для этого необходимо:

1. Взять небольшой по размерам и по величине заряда объект, имеющий известный положительный заряд ($+q_0$). Этот объект называется пробным зарядом. Он должен быть достаточно мал, чтобы не вносить существенных искажений в исследуемое поле.
2. Поместить этот пробный заряд в ту точку пространства, где требуется определить направление напряженности. Чтобы заряд мог свободно перемещаться под действием электрической силы, его можно, например, подвесить на тонкой непроводящей (диэлектрической) нити, такой как шёлковая.
3. Пронаблюдать за направлением отклонения нити с пробным зарядом от вертикали. Сила $ \vec{F} $, действующая на положительный пробный заряд, заставит его сместиться. Направление этой силы и будет являться направлением вектора напряженности электрического поля $ \vec{E} $ в данной точке.

Например, если поднести положительный пробный заряд к положительно заряженному телу, то пробный заряд будет отталкиваться. Следовательно, вектор напряженности поля направлен от положительного заряда. Если же поднести положительный пробный заряд к отрицательно заряженному телу, он будет притягиваться, и вектор напряженности будет направлен к отрицательному заряду.

Если бы в качестве пробного использовался отрицательный заряд ($-q_0$), то сила, действующая на него ($ \vec{F} $), была бы направлена в сторону, противоположную вектору напряженности ($ \vec{E} $), так как $ \vec{F} = (-q_0)\vec{E} $. В этом случае, определив направление силы, нужно было бы сделать вывод, что вектор напряженности направлен в противоположную сторону.

Ответ: Чтобы опытным путем определить направление напряженности электрического поля, нужно в исследуемую точку поля поместить положительный пробный заряд и определить направление силы, действующей на него. Направление этой силы совпадет с направлением напряженности поля.