Физика. Электростатика. Непонятна напряженность.
При изучении электростатики у меня возникло недопонимание. Когда преподаватель объяснял напряженность, он сказал следующее:
На данной картинке он написал закон Кулона и поделил обе части на пробный заряд. Он сказал, что и левая, и правая часть не зависят от пробного заряда, но я не понял почему? Если с правой частью все понятно, то в левой есть переменная Q, отвечающая за пробный заряд. Кто может объяснить? И он еще сказал, что характеристика поля, создаваемая "главным зарядом" (он слева) не меняется в точке, в которой расположен пробный заряд. Это я тоже не понял. Это потому что поле заряда не действует на сам заряд? Или что? Заранее спасибо.
Про́бный заря́д - это небольшой по величине точечный заряд, который не производит заметного перераспределения зарядов, создающих исследуемое поле. Фишка в том, что в физике вообще-то не бывает чего-либо "малого" или "большого" самого по себе.
Малый или большой показатель - это всегда характеристика ПО СРАВНЕНИЮ с чем-либо.
Ваш учитель верно отметил, что заряд можно считать пробным, если он настолько мал, что его воздействием на заряд (или заряды), создающих исследуемое поле (в данном случае - поле точечного заряда Q) можно пренебречь.
Отсюда возникает понятие напряженности поля. Это более общая, более универсальная характеристика электрического поля, порождаемого зарядом Q. Она - как это и следует из выражения в правой части - зависит только от одной величины: от заряда Q, порождающего это поле.
Напряжённость - практичная и очень полезная характеристика поля, неразрывно связанная с самим понятием поля как таковым.
PS
В частности, зная распределение напряжённости по всему пространству поля, мы сможем вычислить силу, которая будет воздействовать на ЛЮБОЙ произвольный заряд, внесённый в ту или иную точку поля: достаточно умножить значение напряжённости на конкретную величину заряда...
Это, конечно, справедливо с известными допущениями: заряды, при которых такая задача решается без заметных погрешностей, должны по величине также быть много меньше по сравнению с Q.
Из равенства: F=k*|g|*Q/r^2, видно, что, при увеличении "Q", во сколько же раз будет увеличиваться и "F", поэтому результат делении "F" на "Q" всегда будет один и тот же, если величина "g" не будет меняться.
То же самое будет и при уменьшении "Q"
Возьмите в руки два постоянных магнита , вокруг каждого из которых существуют магнитные поля, интенсивность которого характеризуется напряженностью магнитного поля. Попробуйте сблизить однополярные полюса - потребуется некая сила. Вот эта сила и является физическим воплощением напряженности магнитного поля. Точно такая же ситуация и с напряженностью электрического поля.
что он сказал следующее?
Закон Кулона описывает силу ( F ), действующую между двумя зарядами, ( q_1 ) и ( q_2 ), которая пропорциональна произведению этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними: ( F = k \frac{|q_1 \cdot q_2|}{r^2} ), где ( k ) - коэффициент пропорциональности, а ( r ) - расстояние между зарядами.
Напряженность электрического поля ( E ) определяется как сила, действующая на пробный заряд, деленная на величину этого заряда: ( E = \frac{F}{q} ). Когда мы делим обе части закона Кулона на пробный заряд ( q ), мы получаем выражение для напряженности, которое не зависит от ( q ). Это потому, что ( q ) сокращается в правой части уравнения.
Таким образом, напряженность поля, создаваемая источником заряда ( Q ) (не пробным зарядом), существует независимо от наличия пробного заряда и не изменяется в точке, где он расположен. Это поле будет оказывать силу на любой заряд, помещенный в него, но само по себе оно не зависит от этого заряда.