Потенциал электрического поля изменяется от точки точке. Вместе с тем в поле можно выделить ряд ^очек, имеющих одинаковый потенциал. Геометрическое место гочек'с одинаковым потенциалом называется поверхностью уровня потенциала или эквипотенциальной поверхностью. „ В электрическом поле любой конфигурации линии напряженности и эквипотенциальные поверхности пересекаются под прямым углом. В этом нетрудно убедиться, рассматривая в эквипотенциальной поверхности около некоторой точки а любой бесконечно малый отрезок пути (рис. 1.6,6). Согласно определению эквипотенциальной поверхности (V=const), работа при перемещении заряженной частицы вдоль любого пути ^1,2 = 6(^1 — ^2) равна нулю. Это условие выполняется только в том случае, если вектор напряженности поля в точке а направлен перпендикулярно отрезку d/ (электрическая сила действует в направлении, перпендикулярном перемещению частицы). Отсюда следует, что эквипотенциальные поверхности равномерного поля — плоскости, перпендикулярные линиям напряженности (рис. 1.6, а), а поля одиночного точечного заряженного тела — сферические поверхности, центр которых совпадает с центром поля (рис. 1.6,5). С помощью силовых и эквипотенциальных линий (эквипотенциальная линия—след эквипотенциальной поверхности) оказывается возможным наглядно изобразить картину электрического поля. Проводники в электрическом поле В металлическом теле (рис. 1.7) под действием внешнего электрического поля с напряженностью Ех свободные электроны перемещаются к одной поверхности, которая получает и i рицательный заряд, противоположная поверхность получает положительный заряд. Явление смещения свободных заряженных частиц на поверхность проводника, помещенного в электрическом поле, называется электростатической индукцией. В результате разделения зарядов в проводнике создается внутреннее электрическое поле с напряженностью Ег, направленное противоположно внешнему. Движение свободных электронов в проводнике при электростатической индукции существует кратковременно, но продолжается до тех пор, пока напряженности внешнего и внутреннего полей не станут равными. При равенстве ЕХ=Е2 разделение зарядов в проводнике прекращается, так как результирующая напряженность электрического поля равна нулю. Благодаря наличию в проводнике свободных заряженных частиц электростатическое поле в нем существовать не может. ? Напряжение между двумя любыми точками проводника равно нулю, следовательно, потенциал его во всех точках один и тот же. Таким образом, проводник представляет собой эквипотенциальный объем, а его поверхность является эквипотенциальной поверхностью результирующего электрического поля. Если в электрическое поле поместить проводник с полостью внутри,' то и в этом случае заряженные частицы будут только на поверхности. Внутри металла и полости электрическое поле отсутствует. Это свойство проводников используется для электростатического экранирования, т. е. для защиты какого-либо устройства от действия внешнего электрического по 1я (защищаемый объект помещается в металлическую коробку или сетку с малыми отверстиями). Электрическая емкость При анализе электростатической системы, состоящей из электропроводного заряженного тела и его электрического поля, определяют характеристики поля (напряженность, потенциал). Их можно определить в каждой точке пространства, где есть электрическое поле. Характеристиками заряженного тела в этой системе являются его электрический заряд Q и потенциал V, причем эти величины характеризуют тело не в отдельных точках, а в целом и связаны между собой. Далее (см. гл. 7) показано, что в вакууме связь заряда и потенциала в этом случае выражается пропорциональной зависимостью Q = CV, где коэффициентом пропорциональности является величина С, называемая электрической емкостью тела: Таким образом, электрическая емкость заряженного тела *а-рактеризуется величиной заряда, который нужно сообщить этому телу для того, чтобы его потенциал изменился на единицу. Наибольшее значение имеют системы из двух электрически изолированных между собой электропроводных тел, которые юлучают равные по величине, но противоположные по знаку ;аряды. Электрическую емкость подобных систем приходится определять и учитывать при проектировании и расчетах электротехнических и радиотехнических устройств и установок. В электротехнике и радиотехнике широко применяют специальные устройства, которые называют электрическими конденсаторами. Задачи Задача 1.5. Найти распределение потенциалов в поле между двумя здряженными параллельными пластинами бесконечной протяженности (см. рис. 1.4). Решение. В§ 1.2 установлено, что напряженность электрического поля между двумя бесконечными заряженными плоскостями одинакова во всех точках. Учитывая это, для определения потенциала воспользуемся формулой (1.6), приняв потенциал отрицательной пластины равным нулю. Напряжение между пластиной 1 и произвольной точкой х: Ui,x = Ex=Vi — Vx. Потенциал точки х: Vx=Vl — Ui.x—V1 — Ex. При V2 — 0 потенциал положительной пластины равен напряжению между пластинами: К, = F,, 2 — El. Потенциал произвольной точки х: Ux= Ui, 2(1 — х/1). Вывод. Между двумя бесконечными плоскостями, заряженными 'противоположно с одинаковой плотностью заряда, потенциал изменяется по линейному закону, уменьшаясь на пути от положительной пластины к отрицательной.. На рис. 1.4 показан график распределения потенциала между пластинами. Задача 1.6. Между параллельными пластинами, размеры которых значительно больше расстояния между ними, напряжение С/ = 100 В. Определить потенциалы пластин, поочередно полагая равным нулю потенциал точки, отстоящей от отрицательной пластины на расстоянии 0; 1/4; 1/2 общего расстояния между пластинами. Построить график распределения потенциала во всех случаях. Задача 1.7. Напряжение между каждым из трех проводов линии передачи и землей изменяется в соответствии с графиками на рис. 1.8. Полагая потенциал земли равным нулю, определить напряжения между каждой парой проводов в моменты времени /]=0; = 0,005 с