Электрическое поле и потенциал

Как заряд «чувствует» другой заряд на расстоянии.

Напряжённость электрического поля — векторная величина, равная отношению силы, действующей на пробный заряд, к величине этого заряда.

Как один заряд действует на другой через пустоту? Через электрическое поле — особый вид материи, который окружает каждый заряд. Поле описывают двумя величинами: напряжённостью (силовая характеристика) и потенциалом (энергетическая).

Напряжённость

$$ E = \frac{F}{q} $$

Единица — В/м. Поле точечного заряда: $E = k|Q|/r^2$.

Потенциал и напряжение

Потенциал $\varphi$ — энергетическая характеристика поля. Разность потенциалов (напряжение) связана с работой по перемещению заряда:

$$ U = \varphi_1 - \varphi_2 = \frac{A}{q} $$

В однородном поле напряжённость и напряжение связаны: $U = E d$, где $d$ — расстояние вдоль поля.

Как решать задачи

Задача: «На заряд $5 \cdot 10^{-9}$ Кл в электрическом поле действует сила $1 \cdot 10^{-4}$ Н. Найдите напряжённость поля».

F = 1e-4
q = 5e-9
E = F / q
print("Напряжённость поля:", E, "В/м")

Вывод:

Напряжённость поля: 20000.0 В/м

Частые ошибки

Путать напряжённость (силовая, В/м) и потенциал (энергетическая, В).
Забывать, что напряжённость — векторная величина.
Применять $U = Ed$ к неоднородному полю — формула верна только для однородного.

Итоги

Напряжённость $E = F/q$ — сила на единичный заряд.
Напряжение $U = A/q$ — работа на единичный заряд.
В однородном поле $U = Ed$.