Электростатическое поле потенциально.
Работа сил электростатического поля при перемещении заряженной частицы из одной точки в другую не зависит от формы траектории. Точечный заряд +q, находящийся на расстоянии r от неподвижного точечного заряда +Q, обладает потенциальной энергией
Потенциал электростатического поля в данной точке — физическая величина, равная отношению потенциальной энергии пробного заряда в этой точке к величине его заряда:
Единица потенциала — вольт;
1 В = 1 Дж/Кл.
Потенциал электростатического поля, созданного точечным зарядом Q на расстоянии г от него,
Потенциальная энергия заряда q
в точке, имеющей потенциал φ:
Эквипотенциальная поверхность — поверхность, во всех точках которой потенциал имеет одно и то же значение.
Линии напряженности электростатического поля перпендикулярны эквипотенциальным поверхностям и направлены от большего потенциала к меньшему.
Работа силы электростатического поля равна произведению величины перемещаемого заряда на разность потенциалов в начальной и конечной точках:
Разность потенциалов в однородном поле между двумя точками, находящимися на расстоянии d друг от друга вдоль линии напряженности Е:
По степени мобильности заряженных частиц все вещества делят на три группы: проводники, полупроводники и диэлектрики.
Проводник — вещество, в котором свободные заряды могут перемещаться по всему объему. Диэлектрик — вещество, содержащее только связанные разноименные заряды, которые не могут независимо друг от друга перемещаться под действием электрического поля.
Полупроводник — вещество, в котором количество свободных зарядов зависит от внешних условий (температуры, электрического поля). Относительная диэлектрическая проницаемость среды — число, показывающее, во сколько раз напряженность электростатического поля в однородном диэлектрике меньше соответствующей напряженности в вакууме. Напряженность поля внутри проводника, помещенного в электростатическое поле, равна нулю. Поверхность проводника — эквипотенциальная поверхность. Электроемкость уединенного проводника — физическая величина, равная отношению заряда проводника к его потенциалу:
Электроемкость конденсатора — физическая величина, равная отношению заряда одного из проводников к разности потенциалов между этим проводником и соседним:
Электроемкость плоского конденсатора с диэлектриком:
где S — площадь пластин конденсатора, d — расстояние между ними, ε— относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика. Единица электроемкости — фарад:
Энергия электростатического поля, запасенная в конденсаторе емкостью С,
где U — напряжение между пластинами, Q — заряд конденсатора. Объемная плотность энергии
пропорциональна квадрату напряженности поля:
где ε — относительная диэлектрическая проницаемость вещества.