Все точки пространства, в которых действуют силы, характеризуются некоторым значением потенциала. Потенциал (потенциальная функция) (от лат. potentia — сила) оказывается энергетической характеристикой векторных полей, к которым относятся гравитационное, электромагнитное и электростатическое поля.
Работа электрического поля по перемещению заряда.
Предположим, что в однородном электрическом поле положительный заряд q перемещается на расстояние
из точки 1 в точку 2.
Сила, которая действует со стороны поля на электрический заряд, обычно направлена вдоль поля и ее определяют при помощи формулы:
.
Работа A, которая совершается постоянной силой при прямолинейном перемещении, равняется скалярному произведению
на
:
.
где α — косинус угла между векторами и
. Здесь через h обозначена проекция вектора перемещения
на направление силы, которое параллельно
.
Можно доказать, что работа поля не зависима от формы траектории. Для этого хватит разбить ее на маленькие прямолинейные участки и применить к ним следующую формулу
, имея ввиду, что во всех точках кривой сила является параллельной полю. Работа силы равняется сумме элементарных работ на каждом участке:
.
Т.о., работа по перемещению заряда в однородном электростатическом поле зависит лишь от начального и конечного положений движущегося заряда и не зависима от формы траектории. При перемещении заряда по замкнутой траектории работа равна нулю.
Сила называется потенциальной, если работа этой силы зависит только от начального и конечного положений точки, на которую действует сила.
Стационарное поле, действующее на материальную точку с силой , называется потенциальным полем, если сила
потенциальна.
Отсюда следует, что электростатическое поле, также, как и гравитационное — потенциально.