2.1. Силовая характеристика электростатического поля
Поле, создаваемое неподвижными зарядами, называется электростатическим. Электростатическое поле может быть обнаружено лишь тогда, когда в него помещен электрический заряд (назовем его пробным).
Величину поля в каждой точке можно характеризовать величиной силы, действующей на этот пробный заряд, а направление поля определять по направлению силы. Пусть сила, действующая на пробный заряд, равна
. Она будет зависеть как от величины пробного заряда, так и от величины поля в данной точке. Назовем напряжённостью электростатического поля отношение
 , | (2.1) |
где q — пробный заряд, который всегда принимается положительным.
Здесь уместно заметить, что введенное определение напряжённости, как и все последующие основанные на этом определении рассуждения, не соответствовали бы действительности, если бы сила не была обнаружена на опыте. Для того, чтобы убедиться в ее существовании, нет даже необходимости в специальном оборудовании: всякий знает, что легкие тела притягиваются любым наэлектризованным телом, и сила совершает заметную невооруженным глазом механическую работу по перемещению этих тел.
Согласно определению (2.1), напряжённость равна силе, действующей на единицу пробного заряда, поэтому от величины его зависеть не будет. Вектор напряжённости совпадает по направлению с этой силой, так как по определению пробный заряд — положительный.
Следует помнить, что напряжённость есть характеристика поля, которое существует независимо от того, введен в него пробный заряд, или нет.
На рис. 2.1 с помощью векторов напряжённости изображены поля двух зарядов: положительного заряда q1 и отрицательного заряда q2, величина которого втрое меньше величины положительного заряда. Для меньшего заряда вектора напряжённости, взятые на прежних расстояниях, имеют втрое меньшую длину. Любое поле характеризуется бесконечно большим числом векторов напряжённости, так как в каждой точке поля напряжённость имеет свое значение и направление. Чтобы избежать необходимости изображать поле бесконечно большим числом векторов, М. Фарадей предложил использовать силовые линии. Проводят их так, чтобы векторы напряжённости в каждой точке были к ним касательными, а их направление совпадало с направлением векторов. Силовые линии будут характеризовать помимо направления еще и величину напряжённости, если условиться проводить их гуще там, где напряжённость поля больше. Например, если силовые линии параллельны друг другу и расстояние между ними одинаково, напряжённость во всех точках одна и та же. Такое поле (
const) называется однородным.
На рис. 2.2 поле изображено с помощью силовых линий. Показаны и силы, действующие на отрицательный и положительный заряды, помещенные в это поле. Они направлены по касательным к силовым линиям. В одном случае направление силы совпадает с направлением напряжённости, а в другом — противоположно ему. Очевидно, что величина и направление этих сил будут определяться равенством (2.1), но под q теперь следует понимать не пробный заряд, а тот заряд, который помещен в поле:
 . | (2.2) |
Если поле создано не одним зарядом, а несколькими, то напряжённость может быть найдена как сумма напряжённостей отдельных полей.
Имеет место так называемый принцип суперпозиции (наложения): действие одного поля не зависит от наличия второго; поля накладываются друг на друга, не влияя одно на другое. Следует помнить, что речь идет о векторной сумме напряжённостей, так как напряжённость — векторная величина.На рис. 2.3 изображены векторы напряжённости полей как положительного, так и отрицательного зарядов, показаны направление и величина суммарного вектора напряжённости. 
Модуль суммарной напряжённости
 | (2.3) |
задается длиной вектора 
. Последняя может быть выражена через напряжённости 
и 
по теореме косинусов. Наличие прямого угла облегчит задачу и позволит найти модуль результирующей напряжённости либо по теореме Пифагора, либо через тригонометрические функции.
Следует обратить внимание, что вектора и построены так, что совпадают с прямыми, соединяющими точку А, где ищется напряжённость, с зарядом, создающим соответствующее поле. Иначе говоря, эти вектора направлены так, как если бы каждый заряд был единственным, создающим поле в точке А (см. рис. 2.1). Суммарный вектор 
направлен по касательной к силовой линии суммарного поля.
Остается добавить, что на обсуждаемом рисунке изображено поле, создаваемое двумя одинаковыми по величине разноименными зарядами. Такая система зарядов называется диполем. Заметим, что одиночный заряд называют иногда монополем (сравните: монополь — диполь).