Наглядное представление полей

Силовые поля могут быть представлены с помощью линий напряженности – так называемых силовых линий (рис. 9.2).

Рис. 9.2. К понятию силовой линии

Длина силовой линии не имеет физического смысла. Физический смысл имеет лишь густота силовых линий. По картине силовых линий поля можно разделить на однородные и неоднородные.

Поле называется однородным, если его напряженность во всех точках одинакова. Силовые линии такого поля параллельны друг другу и равномерно распределены в пространстве. Например, однородными являются гравитационное поле Земли вблизи ее поверхности и электростатическое поле в плоском конденсаторе (вдали от краев) – рис.9.3.

Рис. 9.3. Однородное электростатическое поле

В неоднородных полях напряженность зависит от величины и направления радиус-вектора, проведенного от источника поля в исследуемую точку. Силовые линии неоднородных полей, в частности, могут быть расходящимися (например, электрическое поле неподвижного положительного точечного заряда (рис. 9.4) или сходящимися (например, электрическое поле неподвижного отрицательного заряда или гравитационное поле неподвижной точечной массы – рис. 9.5), а также вихревыми – с замкнутыми силовыми линями (например, магнитное поле прямого тока – рис. 9.6).

Рис.9.4. Электростатическое поле точечного положительного заряда

Рис. 9.5. Электростатическое поле точечного отрицательного заряда (гравитационное поле точечной массы)

Линии напряженности гравитационных и электростатических полей являются именно силовыми, так как касательная к силовой линии в любой точке совпадает с вектором напряженности поля и с вектором силы, действующей на пробное тело в данной точке поля.

Линии напряженности вихревых магнитных полей (рис.9.6), строго говоря, силовыми не являются, так как не показывают направление силы, действующей на элементарный ток или движущийся заряд, находящиеся в данной точке поля. Как будет показано ниже (см., например, рис. 11.7), вектор магнитной силы перпендикулярен к вектору индукции магнитного поля , который направлен по касательной к силовым линиям.

 

 

Рис. 9.6. Вихревое магнитное поле прямого тока.