Работа поля при перемещении заряда

В этой главе мы рассматриваем электрическое поле, созданное покоящимися электрическими зарядами. Такое поле называют электростатическим¹.

¹ В курсе физики 11-го класса мы рассмотрим также вихревое электрическое поле, которое порождается не электрическими зарядами, а изменяющимся магнитным полем. Для вихревого электрического поля нельзя ввести понятие разности потенциалов, которое рассматривается в этом параграфе.

На заряд q, находящийся в электростатическом поле, действует сила

= qy

где — напряжённость электрического поля в той точке, где находится заряд.

При перемещении заряда эта сила может совершать работу, которую часто называют работой поля. Она может быть положительной, отрицательной, а также равной нулю.

1. На рисунке 53.1 изображены линии напряжённости однородного электростатического поля. Модуль напряжённости поля 100 Н/Кл. Точки А, В, С, D расположены в вершинах квадрата со стороной 10 см. В этом поле перемещают точечный положительный заряд 10 нКл.

Рис.53.1

Какую работу совершит электрическое поле при перемещении заряда по прямой:

а) из А в В?

б) из В в С?

в) из С в В?

г) из В в А?

д) из А в С?

е) из В в В?

ж) Как изменится работа поля при любом перемещении заряда, если модуль заряда увеличить в 3 раза?

з) Какую работу совершит электрическое поле при перемещении заряда по замкнутому контуру вдоль всех четырёх сторон квадрата? Имеет ли при этом значение, в какой вершине квадрата заряд находился в начальный момент? Имеет ли значение, в каком направлении перемещался заряд — по часовой стрелке или против?

На примере этого задания вы могли заметить, что работа электростатического поля при перемещении заряда из одной точки в другую зависит только от положения начальной и конечной точек и не зависит от траектории движения заряда.

Работа электростатического поля при перемещении заряда по замкнутому контуру равна нулю.

Оказывается, что этими важнейшими свойствами обладает любое электростатическое поле, то есть поле, созданное любыми покоящимися электрическими зарядами.

Например, при перемещении электрического заряда из точки 1 в точку 2 по траекториям а и б (рис. 53.2) электростатическое поле совершает одинаковую работу.

Рис.53.2