Электрическое поле. Напряженность электрического поля.
Электростатическое поле
Электростатическое поле — это особая форма материи, которая возникает вокруг неподвижного электрического заряда. Это поле нет возможности увидеть, понюхать. Поле можно представить при помощи линий напряженности (силовых линий).
На
рисунке видно, какое условное направление имеют силовые линии:
начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных.
Изображено и то, как линии напряженности распределяются при
взаимодействии одноименных и разноименных зарядов.В реальности силовые линии можно увидеть при помощи железных опилок.
Чем дальше удаляться от заряда, тем меньше сила поля (силовые линии
редеют), тем слабее взаимодействуют заряженные тела, посредством
создаваемого ими поля.
Поле бывает однородным. В этом случае линии напряженности параллельные.
Поле однородное между пластинами в центре
Напряженность поля
Как оценить силу поля вокруг некоторого заряда? Для этого используют пробный заряд q0.
Пробный заряд — это всегда положительный заряд, его собственное
электростатическое поле ничтожно мало, относительно исследуемого поля.
Сила, с которой поле действует на пробный заряд в данной точке поля, называется напряженностью электростатического поля в этой точке
Напряженность поля — векторная величина. Вектора — это
касательная к линиям напряженности в данной точке поля. Направлен вектор
туда же, куда силовая линия (линия напряженности).
Вектор напряженности в различных точках поля: А, B, C и D
Вектор напряженности в точках 1, 2 и 3
Можно вывести формулу
— напряженность поля точечного заряда q на расстоянии r от него.
Принцип суперпозиции
Если поле создается несколькими зарядами, то напряженность в
некоторой точке равна векторной сумме напряженностей каждого из полей в
отдельности
??? Вопросы
1.
Какими зарядами создается электрическое поле?
2. Что называют электрическим полем?
3. Какими величинами характеризуется электрическое поле?
4. Запишите формулу напряженности электрического поля?
5. Запишите формулу напряженности электрического поля точечного заряда?
6. Назовите единицу измерения напряженности электрического поля?
7. Как изображается электрическое поле?
8. Какое направлений силовых линий электрического поля?
9. Как называется электрическое поле, если его напряженность одинакова во всех точках?
10. В чем заключается принцип суперпозиции?
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ — это… Что такое ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ?
- ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
- ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ (электростатическое поле), область вокруг электрического заряда, в которой на каждую заряженную частицу действует некоторая сила. Объект с противоположным зарядом испытывает силу притяжения. Объект, имеющий такой же заряд, как и окружающее его поле, испытывает отталкивающее воздействие. Сила поля относительно единичного заряда на расстоянии r от заряда Q равна: Q/4pr2e, где e — диэлектрическая проницаемость среды, окружающей заряд. Переменное магнитное поле также может создать электрическое поле. см. также ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ.
Научно-технический энциклопедический словарь.
- ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
- ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
Смотреть что такое «ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ» в других словарях:
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ — частная форма проявления (наряду с магн. полем) электромагнитного поля, определяющая действие на электрич. заряд (со стороны поля) силы, не зависящей от скорости движения заряда. Представление об Э. п. было введено М. Фарадеем в 30 х гг. 19 в.
… … Физическая энциклопедияЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ — ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, одна из форм электромагнитного поля. Создается электрическими зарядами или переменным магнитным полем. Характеризуется напряженностью электрического поля (или электрической индукцией). Напряженность электрического поля у… … Современная энциклопедия
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ — (14, а) … Большая политехническая энциклопедия
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ — частная форма проявления электромагнитного поля; создается электрическими зарядами или переменным магнитным полем и характеризуется напряженностью электрического поля … Большой Энциклопедический словарь
Электрическое поле — одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду этой частицы и не зависящей от ее скорости… Источник: ЭЛЕКТРОТЕХНИКА . ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ … Официальная терминология
электрическое поле — Одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду этой частицы и не зависящей от ее скорости. [ГОСТ Р 52002 2003] EN electric field constituent of an… … Справочник технического переводчика
Электрическое поле — Классическая электродинамика … Википедия
электрическое поле — 06.01.07 электрическое поле [ electric field]: Составляющая электромагнитного поля, которая характеризуется векторами напряженности электрического поля Е и электрической индукции D. Примечание Во французском языке термин «champ electrique»… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Электрическое поле — Демонстрация поля электростатического заряда. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, одна из форм электромагнитного поля.
Создается электрическими зарядами или переменным магнитным полем. Характеризуется напряженностью электрического поля (или электрической… … Иллюстрированный энциклопедический словарьэлектрическое поле — частная форма проявления электромагнитного поля; создаётся электрическими зарядами или переменным магнитным полем и характеризуется напряжённостью электрического поля. * * * ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, частная форма проявления… … Энциклопедический словарь
… … Физическая энциклопедия
Создается электрическими зарядами или переменным магнитным полем. Характеризуется напряженностью электрического поля (или электрической… … Иллюстрированный энциклопедический словарьКниги
- Почему у свитых проводников с током отсутствует электромагнитное поле? Электромагнитное поле, магнитное поле, электрическое поле проводника с током. Импульсное поле витка с током и катушки (теория аб, Гуревич Гарольд Станиславович, Каневский Самуил Наумович. В книге доказано, что электромагнитное поле проводника с током образовано электронами. Электромагнитное поле — есть пространство, заполненное направленно движущимися по винтовым траекториям… Подробнее Купить за 916 грн (только Украина)
- Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле, Л. А. Бессонов. Рассмотрены традиционные и появившиеся за последние годы новые вопросы теории и методы расчета физических процессов в электрических, магнитных и электромагнитных полях, предусмотренные… Подробнее Купить за 750 руб
- Почему у свитых проводников с током отсутствует электромагнитное поле? Теория абсолютности, Гуревич Гарольд Станиславович, Каневский Самуил Наумович. Почему у свитых проводников с током отсутствует электромагнитное поле? Электромагнитное поле, магнитное поле, электрическое поле проводника с током. Импульсивноеполе витка с током и катушки… Подробнее Купить за 715 руб
Другие книги по запросу «ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ» >>
Понятие об электрическом поле. Взаимодействие электрических зарядов
Прежде чем давать определение электрического поля, проделаем простой опыт, показывающий, как взаимодействуют электрические заряды.
Для опыта потребуется очень несложная «аппаратура»: эбонитовая палочка, кусочек сукна и два маленьких пробковых шарика, подвешенных на шелковых нитках.
Эбонитовую палочку потрем о сукно и коснемся ею левого шарика. Так как эбонитовая палочка при трении о сукно заряжается отрицательно, то и шарик зарядится отрицательно. Кусочек сукна, которым мы натирали палочку, заряжается положительно (при рассмотрении электронного строения атома указывалось, что появление отрицательного заряда всегда сопровождается появлением положительного заряда). Этим кусочком сукна коснемся правого шарика. Часть электронов с шарика перейдет на сукно, и он зарядится положительно. Если после этого внести эбонитовую палочку между шариками, то левый шарик будет от нее отталкиваться, а правый — притягиваться (рис. 1).
Рисунок 1. Взаимодействипе электрических зарядов
Этот опыт позволяет сделать следующий вывод:
Одноименные электрические заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются
Проделанный опыт убедительно показывает, что электрический заряд (в данном случае отрицательно заряженная эбонитовая палочка) вызывает определенные изменения в окружающем пространстве, создавая вокруг себя электрическое поле.
Определение Электрическое поле — это особый, отличный от вещества вид материи, через которую, в частности, передается действие одних заряженных тел на другие.
Электрическое поле проявляется прежде всего в том, что на находящиеся в нем заряженные тела действуют электрические силы.
Всякое электрическое поле обладает определенным запасом электрической энергии. Проявления этой энергии могут быть различными. Например, под влиянием электрического поля может двигаться электрический заряд; при этом электрическая энергия поля тратится на перемещение заряда, и скорость перемещения заряда увеличивается. Электрическое поле, воздействующее на заряд так, что скорость движения последнего увеличивается, называется ускоряющим электрическим полем.
Если заставить электрический заряд двигаться навстречу действию сил поля, то энергия электрического ноля будет возрастать, а скорость движения заряда уменьшаться. Такое поле называется тормозящим электрическим полем.
Одним из существенных вопросов электротехники является вопрос о движении электрона в электрическом поле. Электрон имеет отрицательный электрический заряд, и к нему применимы все те рассуждения, которые приводились выше.
Если электрон движется в ускоряющем поле, то энергия поля уменьшается. При движении электрона в тормозящем электрическом поле энергия последнего возрастает. На этом явлении основана работа ряда важнейших приборов (клистронов, магнетронов и т. д.), применяемых в современной радио аппаратуре.
ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!
Похожие материалы:
Добавить комментарий
Электрическое поле
Электрическое и магнитное поля промышленной частоты 50 Гц в жилых помещениях оцениваются при полностью отключенных изделиях бытовой техники, включая устройства местного освещения. Электрическое поле оценивается при полностью выключенном общем освещении, а магнитное поле — при полностью включенном общем освещении.[ …]
Электрическое поле промышленной частоты является биологически действующим фактором окружающей среды. При систематическом воздействии электрического поля, напряженности которого превышает ПДУ, могут возникнуть изменения функционального состояния нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, а также некоторых обменных процессов, иммунологической реактивности организма и его воспроизводительной функции.[ …]
Электрическое поле Земли направлено нормально к земной поверхности, заряженной отрицательно относительно верхних слоев атмосферы. В/м и убывает с высотой примерно экспоненциально. Годовые изменения электрического поля сходны по характеру на всем земном шаре: напряженности максимальны (до 150.
..250 В/м) в январе-феврале и минимальны (100…120 В/м) в июне-июле. Суточные вариации электрического поля в атмосфере определяются главным образом грозовой деятельностью.[ …]
Однородное электрическое поле постоянного тока используется для обессоливания воды электродиализом через ионитовые мембраны. При этом на поверхности мембран, и особенно ани-онитовых, со стороны камеры обессоливания, образуются пленки из присутствующих в воде коллоидов и органических веществ [31, 32], интенсивно накапливаются на поверхности мембран краски [75]. Находящиеся в воде микроорганизмы тоже испытывают на себе электрофоретическую силу, которая доставляет их к поверхности анионитовых мембран в камере обессоливания, где они могут задерживаться. Однако, как показывают исследования Танака [448], на ионообменных мембранах не задерживается много клеток, видимо, из-за высокой скорости протока жидкости. Об этом свидетельствует также наличие значительного количества живых микроорганизмов в воде, прошедшей электродиализную деминерализацию [179, 215], хотя многие бактериальные клетки гибнут в результате действия на них электрического поля [446]. Электродиализные установки даже с близко расположенными мембранами («струнного» типа) [73] не обеспечивают отделения от воды вирусов [67, 275].[ …]
Кроме того, электрическое поле может стать причиной воспламенения или взрыва паров горючих материалов и смесей в результате возникновения электрических разрядов при соприкосновении предметов и людей с машинами и механизмами.[ …]
Под действием электрического поля анионы соли и ионы гидроксила из катодной камеры переносятся в среднюю камеру Туда же поступают катионы соли и ионы водорода из анодной камеры. Одновременно осуществляется перенос ионов соли из средней камеры в крайние электродные. Составив материальный баланс переноса ионов в средней камере при прохождении I Ф электричества, можно увидеть, что в средней камере происходит обессоливание. Расчет выхода по току показывает, что в идеальном случае он не больше 20%.
В действительности же обратная диффузия соли и другие явления снижают выход по току вдвое. Расход электроэнергии при опреснении воды с начальным солесодержанием 3—5 г/л составляет несколько десятков кВт-ч/м3. Поэтому в настоящее время на практике такой способ не применяется.[ …]
Напряженности электрических полей вблизи протяженных проводов, включенных в сеть 220 В, составляют 0,7…2 кВ/м, вблизи бытовых приборов с металлическими корпусами (пылесосы, холодильники) — 1…4 кВ/м.[ …]
Напряженность электрического поля мицеллы изменяется от максимального значения на границе частиц до нуля на границе диффузного слоя. Потенциал на границе частиц называется термодинамическим потенциалом (е-потенциалом). Он равен сумме зарядов всех поверхностных ионов. На границе адсорбционного слоя потенциал уменьшается на сумму зарядов находящихся в адсорбционном слое противоположно заряженных ионов. Потенциал на границе адсорбционного слоя называется электроки-нетическим потенциалом ( -потенциалом).[ …]
Напряженность электрического поля радиолокационных станций специального назначения, предназначенных для контроля космического пространства, радиостанций для осуществления связи через космическое пространство, работающих в диапазоне частот 150…300 МГц в режиме электронного сканирования луча, на территории населенных мест, расположенных в ближней зоне излучения, не должна превышать 6 В/м и на территории населенных мест, расположенных в дальней зоне излучения, — 19 В/м.[ …]
Напряженностью электрического поля называется сила, действующая на единичный неподвижный положительный заряд, помещенный в данную точку поля. Напряженность измеряется в вольтах на метр (В/м) и обозначается буквой Е. В поле с напряженностью 1 В/м на заряд 1 Кл действует сила 1 Н (ньютон).[ …]
Электромагнитные поля (ЭМП) оказывают воздействие на насекомых, рыб, животных и человека. Одними из самых чувствительных к воздействию ЭМП являются рыбы [1]. Для них порог чувствительности по внешнему электрическому полю составляет единицы вольт на метр.
Воздействие ЭМП на животных (на мышей, крыс, собак) изучалось в отношении их. влияния на нервную, иммунную и эндокринную системы, нейрогуморальные реакции, половую функцию и на эмбрион. Кроме того, широко проводились клинико-физио—логические исследования влияния ЭМП на человека [4]. Однако нельзя сказать, что механизмы воздействия ЭМП на человека в -настоящее время полностью выяснены. Это объясняется сложностью человеческого организма, с одной стороны, й неоднозначностью некоторых воздействий ЭМП — с другой. Здесь имеется в виду, что воздействие слабыми токами и магнитными полями низкой частоты используется в лечебных целях. Также хорошо известна такая лечебная процедура, как УВЧ, применяемая для прогревания участков тела. Тем не менее существуют экспериментальные факты отрицательного воздействия ЭМП, например протекание в теле человека токов под воздействием низкочастотных полей или выделение в теле человека тепла при воздействии СВЧ. Рассмотрим эти механизмы подробнее.[ …]
Покоящаяся система электрических зарядов создает электростатическое поле (часто его называют просто электрическим полем). Электростатическое поле описывается при помощи распределения потенциала и напряженности.[ …]
Под действием существующего электрического поля, направленного поперек хвоста, и магнитного поля хвоста плазма дрейфует от плазменной мантии к плазменному слою и из плазменного слоя по направлению к Земле. Такое движение плазмы называется магнитосферной конвекцией. Электрическое поле поперек хвоста обусловлено магнитным пересоединением и вязким трением между солнечным ветром и магнитосферой. Благодаря крупномасштабной конвекции плазма способна покидать магнитосферу через дневную магнитопаузу, при этом концентрация холодной плазмы за пределами плазмосферы резко уменьшается (по сравнению с концентрацией плазмы в плазмосфере, в которую конвекция не проникает). Плазмосферой называется область с повышенной концентрацией ( 103 см-3) плазмы ионосферного происхождения и тепловой энергией 1,0 эВ.
Образование плазмосферы обусловлено суточным вращением Земли вместе с геомагнитным полем, увлекающим за собой плазму вплоть до высот 3 • 104 км. На высоких широтах вдоль силовых линий линий из ионосферы в магнитосферу движется поток плазмы, называемый полярным ветром. Полярный ветер переносит нагретую плазму в удаленные области хвоста, пополняя магнитосферу ионами из верхней атмосферы.[ …]
Распределение напряженности электрического поля у земли (заметим, что до высоты около 2 м поле практически является равномерным) имеет характерную «трехгорбую» форму с максимумами под средним проводом и почти под крайними (рис. 7.2).[ …]
Н ачало исследованиям влияния электрических сил на взаимодействие капель было положено в опытах по влиянию электрического поля на поведение струи. Обнаружилось, что капли при отрывании от струи получают заряды, которые обусловливают взаимодействие капель (Релей [479]).[ …]
Для защиты от электромагнитного поля разработаны специальные рекомендации по снижению напряженности электрического поля, генерируемого системами распределения и передачи электроэнергии. Например, предлагается заземлять металлическую крышу, а на неметаллическую крышу устанавливать заземленную сетку. Для снижения электрического поля на открытой местности могут применяться железобетонные заборы, тросовые экраны или просто посадки деревьев и кустарников высотой более 2 м. Отличительная особенность всех этих мер состоит в том, что они могут и не защитить от воздействия электрического поля, но в любом случае предполагается, что после защитных мероприятий будут проведены специальные измерения полей. Заметим, что для магнитной составляющей все эти рекомендации бесполезны — защиты от низкочастотного магнитного поля практически не существует.[ …]
В атмосфере постоянно присутствует электрическое поле. Частицы воды (туманы, облака и осадки) и пыли имеют электрический заряд. Принято называть зонами «хорошей погоды» зоны, где отсутствуют источники сильной ионизации и значительные скопления аэрозолей.
Наоборот, зоны «плохой погоды» характеризуются присутствием названных локальных факторов (грозы, пыльные бури, осадки и др.). В зонах «хорошей погоды» у поверхности Земли существует стационарное электрическое поле с напряженностью Е в среднем около 130 В/м. Земля при этом имеет отрицательный заряд около 3 • 106 Кл, а атмосфера в целом заряжена положительно. Поле Е больше в средних широтах, а к полюсам и экватору убывает. Как правило, с высотой поле Е монотонно убывает и на высоте 10 км не превышает нескольких В/м. Электрическое поле может с высотой возрастать при скоплении аэрозолей в слое перемешивания толщиной 300-3000 м. Закон убывания с высотой, за исключением слоя перемешивания, близок к экспоненциальному закону (рис. 16.1). Разность потенциалов между Землей и ионосферой составляет 200-250 кВ. Электрическое поле атмосферы нестационарно, вместе с локальными суточными и годовыми вариациями Е отмечаются так называемые унитарные вариации — синхронные для всех пунктов суточные и годовые вариации поля. Локальные вариации связаны с изменениями величины и распределения электрических зарядов в данном районе. Глобальные унитарные вариации связаны с изменением электрического заряда Земли в целом [58].[ …]
Таким образом, переменное магнитное поле, так же как и электрическое, индуцирует в организме переменные токи, плотность которых пропорциональна напряженности внешнего поля. Различие между влиянием магнитного и электрического полей состоит в том, что пути протекания индуцированных токов в организме различны. При влиянии электрического поля ток протекает вдоль тела и его заметная часть протекает через сердце и кровеносную систему. Под влиянием магнитных полей максимальная плотность тока сосредоточена в основном в периферийных областях. Не исключено, что именно различия в распределении плотности тока в этих двух случаях могут приводить к разным эффектам.[ …]
Известно, что при наложении однородного электрического поля между дисперсными частицами происходит диполь-дипольное взаимодействие, которое приводит к образованию устойчивых или распадающихся цепочечных агрегатов.
Если энергия диполь-дипольного взаимодействия частиц в поле превосходит энергию электрического отталкивания, то частицы сблизятся на такие расстояния, где молекулярные силы притяжения преобладают и цепочечные агрегаты после снятия поля будут устойчивы [164].[ …]
Сила взаимодействия заряженных частиц с электрическим полем является основной силой, вызывающей движение частиц к осадительному электроду. Скорость движения частиц зависит от напряженности электрического поля Е, В/м, и от размеров частиц. В качестве примера в табл. 17.10 приведены расчетные значения скорости перемещения (0 различных по размерам и при различной напряженности электрического поля. Силу тяжести в расчетах не учитывают, так как она оказывает незначительное влияние на траекторию движения частиц. Например частицы, размером 10 мкм за 10…15 с передвижения в электрофильтре снижаются вниз на 3…5 см.[ …]
Ионы из атмосферы вытягиваются продольным электрическим полем в плазменный слой геомагнитного хвоста. В результате крупномасштабной магнитосферной конвекции ионы попадают во внутреннюю магнитосферу и составляют основную часть ионов магнитосферного кольцевого тока. Заряженные частицы, движущиеся вокруг Земли на расстояниях (3-4) образуют магнитосферный кольцевой ток. Кольцевой ток состоит в основном из ионов Н+, 0+ с добавкой Не+,-0++, Не++. Результирующий ток течет вокруг Земли в западном направлении и понижает горизонтальную составляющую геомагнитного поля Земли. Потоки энергичных частиц с энергией свыше 1 МэВ образуют радиационный пояс в области замкнутых геомагнитных линий, который является магнитной ловушкой для частиц. Во время суббурь происходит инжекция частиц из плазменного слоя в радиационный пояс. Потоки в радиационном поясе заметно увеличиваются в периоды магнитных бурь [136].[ …]
В центрифугах с электризующим устройством электрическое поле может создаваться при подведении напряжения от постороннего источника тока. Принцип одновременного действия центробежного и электрического полей нашел применение не только в центрифугах, но и гидроциклонах.
В качестве примера приведем трибоэлектрический центробежный очиститель, конструктивно выполненный как противоточный гидроциклон с завихрителем потока, представляющим собой многолопастную розетку, и с зарядным устройством в виде двух коаксиальных цилиндров из материалов, которые создают в очищаемом нефтепродукте заряды противоположного знака. При прохождении нефтепродукта, получившего в завихрите-ле поступательно-вращательное движение, через кольцевое пространство между перегородками частицы загрязнений за счет трения о них получают заряды противоположного знака.[ …]
Рассмотрим простой пример. Пусть напряженность электрического поля равна 10 кВ/м, а частота его изменения 50 Гц (чему соответствует со = 314 рад/с). Найдем значение напряженности магнитного поля на периферии окружности радиусом 1 м. Решение следует из (7.3). После подстановки числовых значений получим Н = 1,6 • Ю-5 А/м, что является очень маленьким значением. Данный пример показывает, что на промышленной частоте достаточно интенсивные (в отношении экологических воздействий) электрические поля порождают слабые магнитные поля. Аналогичный результат можно получить и в отношении индуцированных магнитным полем электрических полей. Поэтому для низких частот магнитные и электрические поля рассматриваются как практически независимые.[ …]
Явление движения дисперсных частиц под влиянием электрического поля называется электрофорезом. Отличие электрофореза от электролиза состоит в том, что процессы электролиза подчинены закону Фарадея, т. е. количества выделившихся на электродах веществ пропорциональны их эквивалентам. При электрофорезе такая пропорциональность не наблюдается: образование коллоидной частицы не связано с химическим эквивалентом данного вещества.[ …]
В ускорителях трансформаторного типа ускоряющее электрическое поле создается во вторичной обмотке трансформатора без сердечника, находящейся в резонансе с первичной обмоткой. Ускоряющая трубка расположена в центре трансформатора, помещенного в герметическую оболочку, наполненную газом под давлением.
Инжектор электронов работает от отдельного источника питания. Электроны выводятся наружу через выходное окно. В проспекте Института ядерной физики Сибирского отделения АН СССР приведены характеристики такого ускорителя — ТЭУС-1,5 мощностью 150 кет. Он дает мощный пучок ускоренных электронов с энергией 1,2 Мэе, который может быть рассеян на значительную площадь. Коэффициент преобразования потребляемой электрической мощности в мощность пучка ускоренных электронов равен для ТЭУС-1,5 90%. По расчетам (см. главу VII) он дает самое выгодное излучение для очистки воды. Имеющиеся недостатки — нестабильность в работе и высокая стоимость, — по-видимому, могут быть устранены при промышленном изготовлении ускорителей этого типа в большом масштабе. Небольшая проникающая способность электронов не является принципиальным недостатком ТЭУС-1,5. В работе [8], посвященной обесцвечиванию воды, показано, что при облучении в протоке за счет перемешивания при одной и той же дозе достигается одинаковый эффект для у-излучения 60Со и ускоренных электронов, хотя слой воды в последнем случае был в 1,5 раза больше длины пробега электронов, а мощность дозы для электронов на 6 порядков выше, чем для у-излучения (см. главу III). При более энергичном перемешивании рабочий слой, вероятно, в несколько раз может превышать длину пробега электронов.[ …]
Подвижность частиц ди :персной фазы под действием электрического поля в значит :льной степени зависит от вязкости масла.[ …]
Изменение pH воды, содержащей фенол, при обработке в электрическом поле показывает, что в течение первых пяти минут электрообработки более сильное влияние на изменение концентрации ионов ОН» оказывает напряженность электрического поля 80 В/см, что приводит к увеличению pH до 9,8, а при электрообработке напряженностью 60 и 55 В/см — до 9,1 и 9,3 соответственно. В последующем происходит уменьшение pH до 5,9, что является следствием формирования золя гидроокиси алюминия и его гидроксидных форм: А10Н2+ , А1(ОН)2+и А1(ОН)3, — способных притягивать к себе фенолят-ион С6Н50.
[ …]
В тех же целях было изучено отклонение в постоянном электрическом поле тонкого хлопчатобумажного волокна, смоченного кровью из ранки, только что нанесенной иглой. Далее при изучении данного вопроса был применен капиллярный анализ по методу Гоппельсродера. Качественные способы в большинстве случаев показали более или менее ясное действие на кровь вдыхаемых униполярных аэроионов.[ …]
Кроме непосредственного влияния электромагнитного поля на людей, существует еще один эффект, связанный с потенциальной опасностью. Он состоит в том, что автомобили, автобусы и другие механизмы на резиновых колесах приобретают в электрическом поле ВЛ некоторый потенциал относительно земли. В случае прикосновения человека, имеющего хороший контакт с землей, к машине по телу человека будет протекать ток. Как правило, этот ток не превышает нескольких миллиампер и сам по себе для жизни не представляет прямой опасности. Однако он может быть выше порога чувствительности.[ …]
Нормативы ПДУ воздействия шума, вибрации, магнитных и электрических полей относят к видам физического загрязнения окружающей природной среды. Основным объектом такого воздействия является человек, его трудоспособность и здоровье.[ …]
При получении тонкого распыления жидкостей в постоянном электрическом поле автором был поставлен вопрос о величине заряда, несомого диспергированными частицами. Известно, что дисперсные системы обладают высокой электростатической емкостью благодаря наличию очень больших поверхностей.[ …]
При предварительной очистке жидкости процесс интенсифицируется электрическим полем. Механизм удаления частиц загрязнений в электрическом поле обусловлен наличием двойного электрического слоя на поверхности частиц, состоящих из высокополярных молекул и их ассоциатов. В электрическом поле такие частицы движутся к электродам. Механизм коалесценции воды в электрическом поле объясняется перераспределением нейтральных зарядов эмульгированных капель воды в диполи, которые ориентируются вдоль силовых линий поля, притягиваются друг к другу и агрегируются.
Достаточно крупные капли воды выпадают в отстойную зону. Кроме индуцированных зарядов, капли и частицы при соприкосновении с электродами могут приобретать собственные заряды, под влиянием которых происходит интенсивная миграция частиц загрязнений от электрода к электроду. Этот процесс при оптимальных условиях также приводит к дальнейшей коагуляции частиц загрязнений. На интенсификацию процесса удаления загрязнений влияет также и форма электродов и их расположение: электрод в форме заостренного клипа обеспечивает создание большей напряженности электрического поля; расположение электродов касатбЯьно под углом 15° обеспечивает повторный выброс не отделившихся мелких примесей в зоне размещения электродов.[ …]
Ионная теория атмосферного электричества позволила понять природу электрического поля атмосферы, хотя все же причину сохранения электрического поля между Землей и атмосферой еще нельзя считать окончательно выясненной. Различные теории пытаются объяснить наличие этого поля различными причинами. Экснер в свое время полагал, что причиной отрицательного заряда земной поверхности являются осадки, приносящие к Земле, как предполагали ранее, преимущественно отрицательные заряды. Это предположение оказалось не соответствующим действительности. Осадки несут к Земле как отрицательные, так и положительные заряды. Г. Эберту удалось показать, что в почвенном воздухе, в момент его выхода из земли, действительно преобладают положительные аэроионы.[ …]
Допустимая длительность пребывания работающих без средств защиты в электрическом поле снижается по мере возрастания его напряженности. При 5 кВ/м она не ограничивается, но при 25 кВ/м составляет только 5 мин. При более высокой напряженности работа должна производиться с применением мер защиты. Безопасная величина напряженности электрического поля снижается также с повышением частоты электромагнитных волн, равняясь, например, 50 кВ/м при 60 кГц-3 МГц и 5 В/м при 50-300 МГц.[ …]
При интенсификации процесса очистки нефтесодержащих сточных вод под .
воздействием электрического поля весьма существенным является определение порога минимальной величины напряженности поля, при котором отмечается наилучший процесс очистки. Определяющим фактором является качество (состав) нефтесодержащих вод. Исследования работы /7/ показали, что увеличение щелочности сточных вод затрудняет их очистку.[ …]
Уравнение (5.3) эквивалентно закону Кулона (в частности закону Гаусса) и выражает поток электрического поля Е через любую замкнутую поверхность, равный произведению 4п на полный заряд Зр, охватываемый этой поверхностью.[ …]
Пластинчатые электрофильтры используют для улавливания как жидких, так и твердых частиц. Электрическое поле в них несколько слабее, чем в трубчатых, и они работают при меньшей скорости газа, однако проще в изготовлении, а их электроды встряхиваются гораздо легче.[ …]
Этот процесс называется ударной ионизацией газа, он протекает устойчиво лишь в неоднородном электрическом поле, характерном для цилиндрического конденсатора (рис. . 17.9). В зазоре между ко-ронирующим 1 и осадительным 2 электродами создается электрическое поле убывающей напряженности с силовыми линиями 3, направленными от осадительного к коронирующему электроду или наоборот. Напряжение к электродам подается от выпрямителя 4.[ …]
Средняя скорость их движения равна 1—2 см/с при градиенте электрического поля в 1 В/см. Концентрация легких аэроионов доходит в среднем до 500 пар ионов в 1 см , в чистом высокогорном воздухе она достигает 1000— 1500 пар ионов.[ …]
В целом работа электрофильтра основана на так называемом ко-ронном разряде, возникающем в неоднородном электрическом поле. При этом типе разряда полная (ударная) ионизация газа инициируется лишь у коронирующего электрода, где напряженность электрического поля является максимальной. Внешним проявлением коронного разряда служат голубовато-фиолетовое свечение вокруг провода, негромкое потрескивание, запахи озона и оксидов азота. При этом через разделенный электродами промежуток прютекает электрический ток — ток короны.
При повышении напряжения выше допустимого или увеличении по каким-либо причинам электрюпроводности газов, поступающих в электрофильтр, вместо коронного разряда возникает искровой или дуговой электрический разряды, т.е. наступает пробой межэлектродно-го промежутка.[ …]
На НПЗ применяют комбинированный способ, сочетающий термохимическое отстаивание и химическую обработку эмульсии в электрическом поле высокого напряжения (ЭЛОУ). На ЭЛОУ разделяют образовавшуюся эмульсию в две ступени: I — термическое отстаивание при 75-80°С; 2 — разрушение эмульсий и обезвоживание в электродегидрато-рах.[ …]
При помощи кабеля или шин высокое напряжение подается на электроды электрофильтра. В создаваемом при этом неоднородном электрическом поле вокруг отрицательного центрального электрода 9, называемого коронирующим, введенного в корпус электрофильтра через изолятор 6 и натянутого грузом 10, возникает коронный разряд. Получившие от коронирующего электрода отрицательный заряд частицы пыли двигаются к положительному (осадительному) электроду 7, которым являются стенки электрофильтра, соединенному с положительным контактом выпрямителя и заземлением 8.[ …]
Здесь К0г — потенциал, при котором начинается эмиссия в точке г, К,-коэффициент, зависящий от расположения точки относительно электрического поля и от величины подвижности ионов.[ …]
В таком взвешенном состоянии движение молнии зависит либо от воздушных потоков, либо от небольших горизонтальных градиентов электрического поля. И в этом состоит вторая причина необычности, «немотиви-рованности» ее движений. Дело в том, что мы не имеем органов, которые реагировали бы на напряженность электрического поля. Электрическое поле вокруг нас во время грозы может возрасти на 3—4 порядка, и тем не менее практически мы не ощущаем этого. Поэтому в повседневной жизни мы не знаем, как меняется электрическое поле вокруг нас, и в отличие от поля тяжести не привыкли считаться с ним как с возможной причиной, определяющей движение тел.
[ …]
Существует несколько методов разрушения нефтяных эмульсий, т.е. обезвоживания и обессоливания нефтей. Наиболее распространен электрический метод, широко применяемый на промыслах, благодаря своей универсальности и возможности сочетания с тепловыми и химическими методами. Электрический способ состоит из двух стадий: первая — введение в нефть горячей воды для растворения солей и превращения нефти в эмульсию; расход воды на прорывку составляет 10—15% от объема нефти; вторая — разрушение образовавшейся эмульсии в электрическом поле между электродами. При этом вода, выделяющаяся из эмульсии, уносит с собой соли. Остаточное содержание воды в нефти — до 1,0%, солей — до 300 мг/л.[ …]
Причиной образования зарядов является дробление в сопле жидкости при столкновении ее с воздухом. Дальнейший путь частиц проходит в электрическом поле значительной интенсивности. Тут в основном нейтрализуются частицы нежелательного знака.[ …]
Для получения высокой степени улавливания, при которой обеспечивается содержание пыли в конвертерных газах после сухих электрофильтров около 0,1 г/м3 (н.), скорость газов в электрическом поле должна быть не более 0,5 м/с.[ …]
Основным прибором, с помощью которого велись наблюдения за атмосферным электричеством, был так называемый коллектор, который устанавливался на более или менее высокой штанге, изолированной от земли. Коллектор соединялся с листочками электроскопа. Обкладка, или кожух, электроскопа заземлялись. По величине расхождения листочков можно было судить о градиенте потенциала на каждый метр высоты. Теперь мы знаем, что падение потенциала выражается в среднем у поверхности земли величиною 1 В на 1 см, 100 В на 1 м и т.д. Во время грозы величина падения потенциала доходит до 40 тыс. В на 1 м. Силовые линии электрического поля атмосферы направлены сверху от положительного заряженного слоя вниз к отрицательно заряженной земле, а изопотенциальнные поверхности идут параллельно поверхности земли. Таким образом, электрическое поле является обязательным фактором свободной атмосферы.
[ …]
Под лазерным понимают монохроматический, т.е. одной определенной частоты, когерентный (согласованный во времени) и уэконаправ-ленный поток электромагнитных волн оптического диапазона, излучаемый квантовым генератором. От других источников света его отличает ряд существенных особенностей. Так, узконаправленный лазерный пучок имеет весьма малый угол раскрытия (около 10 рад). При испускании с Земли на Луну он дает пятно диаметром всего 3 км. Кроме того, лазеры — наиболее мощные источники энергии в оптическом диапазоне. За кратчайший период (до 10″ с) мощность их излучения достигает 5-10 Вт/см2. У Солнца она равна только 7107 Вт/см2, причем суммарно по всему оптическому спектру. В узком же интервале, соответствующем излучению светового диапазона, мощность излучения Солнца составляет лишь 0,2 Вт/см2. И наконец, напряженность электрического поля в лазерной волне достигает 10 -1012 В/см, что превышает ее внутриатомные значения. В общем случае лазерное излучение может быть создано в диапазоне волн от 0,2 до 1000 мкм, т.е. охватывает ультрафиолетовую, видимую и инфракрасную области.[ …]
Электрическое поле. Напряженность электрического поля тест (10 класс) по физике
Сложность: знаток.Последний раз тест пройден 43 минуты назад.
Вопрос 1 из 10
Электрическим полем называется
- Правильный ответ
- Неправильный ответ
- Вы и еще 65% ответили правильно
- 65% ответили правильно на этот вопрос
В вопросе ошибка?
Следующий вопросОтветить
Вопрос 2 из 10
Напряженностью электрического поля в данной точке называют
- Правильный ответ
- Неправильный ответ
- Вы ответили лучше 55% участников
- 45% ответили правильно на этот вопрос
В вопросе ошибка?
Ответить
Вопрос 3 из 10
Напряжённость электрического поля измеряют с помощью пробного заряда qn.
Если величину пробного заряда уменьшить в x раз, то модуль напряжённости измеряемого поля- Правильный ответ
- Неправильный ответ
- Вы ответили лучше 73% участников
- 27% ответили правильно на этот вопрос
В вопросе ошибка?
Ответить
Вопрос 4 из 10
Как изменится ускорение заряженной пылинки, движущейся в электрическом поле, если её заряд увеличить в 2 раза, а напряжённость поля уменьшить в 2 раза? Силу тяжести не учитывать.
- Правильный ответ
- Неправильный ответ
- Вы ответили лучше 55% участников
- 45% ответили правильно на этот вопрос
В вопросе ошибка?
Ответить
Вопрос 5 из 10
Электрическое поле создано отрицательным зарядом q. Какое направление — 1, 2, 3 или 4 — имеет вектор напряженности в точке А?
- Правильный ответ
- Неправильный ответ
- Вы и еще 54% ответили правильно
- 54% ответили правильно на этот вопрос
В вопросе ошибка?
Ответить
Вопрос 6 из 10
На каком рисунке правильно изображена картина линий напряженности электростатического поля точечного положительного заряда?
- Правильный ответ
- Неправильный ответ
- Вы и еще 70% ответили правильно
- 70% ответили правильно на этот вопрос
В вопросе ошибка?
Ответить
Вопрос 7 из 10
Как изменится модуль напряженности электрического поля, созданного точечным зарядом, при увеличении расстояния от этого заряда до точки наблюдения в N раз?
- Правильный ответ
- Неправильный ответ
- Вы и еще 52% ответили правильно
- 52% ответили правильно на этот вопрос
В вопросе ошибка?
Ответить
Вопрос 8 из 10
Сила, действующая в поле на заряд в 4·10-5 Кл, равна 20 Н.
Напряженность поля в этой точке равна- Правильный ответ
- Неправильный ответ
- Вы и еще 55% ответили правильно
- 55% ответили правильно на этот вопрос
В вопросе ошибка?
Ответить
Вопрос 9 из 10
Вектор напряженности электрического поля, созданного точечным зарядом в некоторой точке пространства направлен
- Правильный ответ
- Неправильный ответ
- Вы ответили лучше 68% участников
- 32% ответили правильно на этот вопрос
В вопросе ошибка?
Ответить
Вопрос 10 из 10
Чтобы определить наличие электрического поля в данной точке нужно
- Правильный ответ
- Неправильный ответ
- Вы и еще 67% ответили правильно
- 67% ответили правильно на этот вопрос
В вопросе ошибка?
Ответить
Если величину пробного заряда уменьшить в x раз, то модуль напряжённости измеряемого поля
Напряженность поля в этой точке равнаДоска почёта
Чтобы попасть сюда — пройдите тест.
-
Саша Александр
10/10
Виктория Заболотная
9/10
Владимир Шамшурин
9/10
Артём Ерошенков
7/10
Мария Афендикова
10/10
Сергей Тобольнов
8/10
Яна Игнатова
8/10
Энже Тауфутдинова
8/10
ТОП-3 тестакоторые проходят вместе с этим
Тест «Электрическое поле. Напряженность электрического поля» (10 класс) поможет выявить «слабые места» в знании раздела и качественно подготовиться к текущему занятию или контрольной работе. Большинство вопросов ориентировано на практические умения учеников: решение задач, определение направления вектора напряженности.
Если нужно быстро оценить и пополнить свои знания, тесты – идеальный способ. Правильные ответы к вопросам уже даны, поэтому не придется тратить время на их поиск.
Тест по физике «Электрическое поле. Напряженность электрического поля» обеспечит продуктивную подготовку десятиклассников к занятию.
Рейтинг теста
Средняя оценка: 3.1. Всего получено оценок: 721.
А какую оценку получите вы? Чтобы узнать — пройдите тест.
Электрическое поле | Физика
Подвесим на нити заряженную гильзу и поднесем к ней наэлектризованную стеклянную палочку. Даже при отсутствии непосредственного контакта гильза на нити отклоняется от вертикального положения, притягиваясь к палочке (рис. 13).
Заряженные тела, как видим, способны взаимодействовать друг с другом на расстоянии. Как при этом передается действие от одного из этих тел к другому? Может быть, все дело в воздухе, находящемся между ними? Выясним это на опыте.
Поместим заряженный электроскоп (с вынутыми стеклами) под колокол воздушного насоса, после чего выкачаем из-под него воздух. Мы увидим, что и в безвоздушном пространстве листочки электроскопа по-прежнему будут отталкиваться друг от друга (рис. 14). Значит, в передаче электрического взаимодействия воздух не участвует. Тогда посредством чего все-таки осуществляется взаимодействие заряженных тел? Ответ на этот вопрос дали в своих работах английские ученые М. Фарадей (1791—1867) и Дж. Максвелл (1831—1879).
Согласно учению Фарадея и Максвелла, пространство, окружающее заряженное тело, отличается от пространства, находящегося вокруг ненаэлектризованных тел. Вокруг заряженных тел существует электрическое поле. С помощью этого поля и осуществляется электрическое взаимодействие.
Электрическое поле представляет собой особый вид материи, отличающийся от вещества и существующий вокруг любых заряженных тел.
Ни увидеть его, ни потрогать невозможно.
О существовании электрического поля можно судить лишь по его действиям.
Простые опыты позволяют установить основные свойства электрического поля.
1. Электрическое поле заряженного тела действует с некоторой силой на всякое другое заряженное тело, оказавшееся в этом поле.
Об этом свидетельствуют все опыты по взаимодействию заряженных тел. Так, например, заряженная гильза, оказавшаяся в электрическом поле наэлектризованной палочки (см. рис. 13), подверглась действию силы притяжения к ней.
2. Вблизи заряженных тел создаваемое ими поле сильнее, а вдали слабее.
Чтобы убедиться в этом, снова обратимся к опыту с заряженной гильзой (см. рис. 13). Начнем приближать подставку с гильзой к заряженной палочке. Мы увидим, что по мере приближения гильзы к палочке угол отклонения нити от вертикали будет становиться все больше и больше (рис. 15). Увеличение этого угла свидетельствует о том, что, чем ближе гильза к источнику электрического поля (наэлектризованной палочке), тем с большей силой действует на нее это поле. Это и означает, что вблизи заряженного тела создаваемое им поле сильнее, чем вдали.
Следует иметь в виду, что не только заряженная палочка своим электрическим полем действует на заряженную гильзу, но и гильза, в свою очередь, своим электрическим полем действует на палочку. В таком взаимном действии друг на друга и проявляется электрическое взаимодействие заряженных тел.
Электрическое поле проявляется и в опытах с диэлектриками. Когда диэлектрик оказывается в электрическом поле, положительно заряженные части его молекул (атомные ядра) под действием поля смещаются в одну сторону, а отрицательно заряженные части (электроны) — в другую сторону. Это явление называют поляризацией диэлектрика. Именно поляризацией объясняются простейшие опыты по притяжению наэлектризованным телом легких кусочков бумаги. Эти кусочки в целом нейтральны. Однако в электрическом поле наэлектризованного тела (например, стеклянной палочки) они поляризуются.
На той поверхности кусочка, что ближе к палочке, появляется заряд, противоположный по знаку заряду палочки. Взаимодействие с ним и приводит к притяжению кусочков бумаги к наэлектризованному телу.
Силу, с которой электрическое поле действует на заряженное тело (или частицу), называют электрической силой:
Fэл — электрическая сила.
Под действием этой силы частица, оказавшаяся в электрическом поле, приобретает ускорение а, которое можно определить с помощью второго закона Ньютона:
a = Fэл / m (6.1)
где m — масса данной частицы.
Со времен Фарадея для графического изображения электрического поля принято использовать силовые линии.
Силовые линии электрического поля — это линии, указывающие направление силы, действующей в этом поле на помещаемую в него положительно заряженную частицу. Силовые линии поля, создаваемого положительно заряженным телом, показаны на рисунке 16, а. На рисунке 16, б изображены силовые линии поля, создаваемого отрицательно заряженным телом.
Подобную картину можно наблюдать с помощью простого устройства, называемого электрическим султаном. Сообщив ему заряд, мы увидим, как все его бумажные полоски разойдутся в разные стороны и расположатся вдоль силовых линий электрического поля (рис. 17).
Когда заряженная частица попадает в электрическое поле, ее скорость в этом поле может как увеличиться, так и уменьшиться. Если заряд частицы q>0, то при движении вдоль силовых линий она будет разгоняться, а при движении в противоположном направлении тормозить. Если же заряд частицы q < 0, то все будет наоборот ее скорость будет уменьшаться при движении в направлении силовых линий и увеличиваться при движении в противоположном направлении.
??? 1. Что такое электрическое поле? 2. Чем отличается поле от вещества? 3. Перечислите основные свойства электрического поля. 4. Что указывают силовые линии электрического поля? 5. Как находится ускорение заряженной частицы, движущейся в электрическом поле? 6.
В каком случае электрическое поле увеличивает скорость частицы и в каком уменьшает ее? 7. Почему нейтральные кусочки бумаги притягиваются к наэлектризованному телу? 8. Объясните, почему после сообщения электрическому султану заряда его бумажные полоски расходятся в разные стороны.
Экспериментальное задание. Наэлектризуйте о волосы расческу, после чего коснитесь ею маленького кусочка ваты (пушинки). Что при этом произойдет с ватой? Стряхните пушинку с расчески и, когда она окажется в воздухе, заставьте ее парить на одной и той же высоте, подставляя снизу на некотором расстоянии наэлектризованную расческу. Почему пушинка перестает падать? Что будет удерживать ее в воздухе?
В работе Эфироэлектрическая теория достигла, наконец, такого уровня развития, что позволяет приступить к созданию целостной картины мира. В настоящее время такая работа ведётся, промежуточные результаты периодически выкладываются в разделе “Картина мира”. | Главная Электрическое поле Понятие “электрическое поле“, как и понятие вообще обо всех, так называемых, физических полях возникло сравнительно недавно. Двухсот лет не прошло. Вначале людям было достаточно того, что наэлектризованные тела так или иначе взаимодействуют друг с другом. Без понятия поля удалось построить практически всю электростатику, сформировать закон Кулона, выяснить роль среды в электрических взаимодействиях. Действие заряженных тел на расстоянии во времена Ш. О. Кулона не представлялось чем-то непонятным.
Но вот в первой трети 19 века, во времена Фарадея, многие исследователи начали задаваться вопросом: как же могут взаимодействовать материальные объекты на расстоянии через “ничто”? Надо отметить, что в те времена уже существовал универсальный ответ на этот вопрос: материальные тела взаимодействуют друг с другом вовсе не через “ничто”, а через вполне реальную окружающую их среду, через мировой эфир. от электрических, а электрические от магнитных и т.п. А ответы хотелось получить здесь и сейчас. Обычное для людей свойство. Тогда некоторые учёные (в частности сам М. Фарадей), просто объявили, что наэлектризованные или намагниченные тела окружены неким подобием “атмосферы”, некоей субстанцией, которую назвали в случае наэлектризованных тел электрическим полем, а в случае тел намагниченных (и токов) магнитным полем. Конечно же, сразу проэкстраполировали эту идею на взаимодействие массивных тел, и назвали специфическую атмосферу, якобы окружающую массивные тела, гравитационным полем. Вначале никто особо не настаивал на физической реальности этих полей (за исключением, быть может, М. Фарадея, который, говорят современники, буквально “видел” силовые линии). Потом много потрудились над понятием поля математики и математически образованные физики, такие как Дж. Максвелл, О. Хевисайд, Г. Герц. Обратите внимание Выведены были уравнения полей, установлены различные красивые законы и соотношения, началось плодотворное практическое использование электричества и магнетизма. И к концу 19 века уже все прочно верили в то, что эти физические поля – не просто удобный приём для описания неких загадочных взаимодействий, но реально и объективно существующие физические субстанции. Произошло так называемое овеществление полей (по К. Канну). Но быстро выяснилось, что магнитные явления могут порождать электрические, а электрические процессы могут порождать магнитные взаимодействия. Стало быть, что же, эти поля не есть самостоятельные, объективно существующие и независящие ни от чего сущности? К этому времени из физики уже практически изгнали мировой эфир, отчаявшись грубыми механистическими методами что-то выяснить о его сущности и свойствах. В начале 20 века учёные понимают, что никакиго магнитного поля, как самостоятельной физической субстанции не существует, а электрическое поле тоже проявляет себя по-разному в зависимости от того движется прибор или стоит. Возникла и экспериментальная база и теории, вроде специальной теории относительности (СТО) Эйштейна, которые ясно показывали относительность силовых взаимодействий, а, значит, и их причины – физических полей. А раз “поле” зависит от того, движется наблюдатель (с прибором) или нет, вплоть до полного исчезновения этого “поля”, то какие же они, к чёрту, объективно существующие субстанции? Чтобы как-то смягчить шок и недоумение от этого случившегося в первой же трети 20 века “исчезновения полей”, учёные придумали так называемое “электромагнитное поле”. Мол, магнитного и электрического поля нет, а есть единое электромагнитное поле, частными проявлениями которого являются электрические и магнитные явления, и вот оно-то и обладает объективным бытием. Вроде бы, ловкий ход? Увы, к тому времени как этот приём был придуман и внедрён в широкий научный обиход, уже появились на свет и “овеществились” новые “поля”: сильное и слабое ядерное, отвечающие за соответствующие взаимодействия между элементарными частицами. Да и с гравитационным случилась беда – оно, оказывается (по крайней мере теоретически, в рамках общей теории относительност (ОТО)), должно влиять на электрические и магнитные взаимодействия. А возможно и на слабые с сильными. И тут родилась идея объединить все вообще столь поспешно овеществлённые “поля” в некое “Единое Поле”, которое, соответственно, обладало бы максимальной объективностью и могло бы объяснить все известные учёным виды физических силовых взаимодействий. Идея, вроде бы, благородная. Только вот почти столетие возни в этом направлении так и не принесло серьёзного результата. Не выходит, увы, “каменный цветок”! А если завтра учёные придумают ещё парочку “полей”? А ведь уже, уже тянут ручонки… Вон, космологический член, якобы отвечающий за расширение Вселенной кое-кто уже уверенно крестит “полем”.
|
Это объясняется отсутствием в них свободных зарядов.
Перераспределение зарядов вызывает изменение электрического поля. Движение зарядов прекращается только тогда, когда напряженность электрического поля внутри проводника становится равной нулю.
Количественной характеристикой тока является сила тока.
Группа соединенных между собой аккумуляторов или элементов называется батареей.
Оно возникает не только вокруг электрических зарядов, но и при изменении магнитного поля.
При перемещении заряда в электрическом поле будет совершаться работа. При этом каждая точка электрического поля будет характеризоваться потенциалом.
Полупроводники при обычной температуре имеют мало свободных зарядов.
Измеряется в амперах на квадратный метр: J = I/S. 
Изоляторы, или диэлектрики, имеют низкую удельную электропроводность. Полупроводники имеют промежуточную удельную электропроводность. Используя удельную электропроводность, как характеристику вещества, можно представить закон Ома в другой форме: J = γE.
Постоянный электрический ток плохо проникает через сухую кожу. Он распространяется в теле человека, главным образом, вдоль кровеносных и лимфатических сосудов и через мышцы. Причиной высокого сопротивления биологических тканей постоянному электрическому току – наличие статической ёмкости вследствие изоляционных свойств мембран и явления поляризации, происходящие в клетках, в результате которых возникает встречная эдс, препятствующая прохождению через ткань тока. Причём при малых значениях силы тока он не проходит через ткань вследствие влияния этой ЭДС, а при больших – происходит дезинтеграция (разрушение) клеточных структур, в результате чего сопротивление падает, однако дальнейшие исследования не имеют смысла. Поляризация – разделение положительных и отрицательных зарядов. многие полагают, что явление поляризации связано с наличием полупроницаемых мембран. Под действием электрического поля ионы начинают перемещаться, но не могут проникнуть через мембрану, в результате у внутренней поверхности мембраны возникает разделение зарядов. Внутри клетки образуется поляризационное поле. Как только его напряженность компенсирует внешнее поле перемещение ионов прекращается. Соответственно этому на внешней стороне мембраны концентрируются противоположно заряженные частицы. Другие, рассматривая клетки как слоистый диэлектрик, рассматривают явления поляризации как результат гетерогенности клеточных элементов по электропроводности, а также поляризацию связывают с дипольными молекулами (ориентация диполей вдоль силовых линий поля).
Наоборот, емкостной реактанс приводит к тому, что изменения напряжения в электрической цепи отстают от изменения силы тока на четверть цикла (π/2). На рис. 3. проиллюстрировано данное явление.
Но такой ответ был слишком общим, слишком абстрактным. Без точных знаний об эфире не удавалось даже понять чем отличаются гравитационные взаимодействия 
Так что вернуться назад, от придуманных наскоро “полей” к основе, к мировой среде было уже затруднительно.
Эдаким всемирным полем отталкивания…
По этим показателям можно судить о том воздействии, которое оно может оказывать на тела и на человека.Но у электрического поля есть и другая характеристика, которую можно назвать запасом энергии.
Как уже было сказано ранее, каждая точка электрического поля обладает потенциалом, а между двумя разными точками образуется разница потенциалов.
И таких примеров можно найти очень много.
Что такое электрическое поле? Определение, формула, пример
Когда воздушный шар трется о свитер, он заряжается. Из-за этого заряда воздушный шар может прилипать к стенкам, но когда его помещают рядом с другим воздушным шариком, который также был натерт, первый воздушный шар летит в противоположном направлении.
Ключевые выводы: электрическое поле
- Электрический заряд — это свойство вещества, которое заставляет два объекта притягиваться или отталкиваться в зависимости от их заряда (положительного или отрицательного).
- Электрическое поле — это область пространства вокруг электрически заряженной частицы или объекта, в которой электрический заряд может ощущать силу.
- Электрическое поле — это векторная величина, которую можно представить в виде стрелок, идущих к зарядам или от них. Линии определены как направленные радиально наружу, , от положительного заряда, или радиально внутрь, , к отрицательному заряду.
Это явление является результатом свойства вещества, называемого электрическим зарядом.Электрические заряды создают электрические поля: области пространства вокруг электрически заряженных частиц или объектов, в которых другие электрически заряженные частицы или объекты будут ощущать силу.
Определение электрического заряда
Электрический заряд, который может быть как положительным, так и отрицательным, — это свойство материи, которое заставляет два объекта притягиваться или отталкиваться.
Если предметы заряжены противоположно (положительно-отрицательно), они будут притягиваться; если они одинаково заряжены (положительно-положительно или отрицательно-отрицательно), они будут отталкиваться.
Единицей электрического заряда является кулон, который определяется как количество электричества, которое переносится электрическим током в 1 ампер за 1 секунду.
Атомы, которые являются основными единицами материи, состоят из трех типов частиц: электронов, нейтронов и протонов. Сами электроны и протоны электрически заряжены и имеют соответственно отрицательный и положительный заряд. Нейтрон электрически не заряжен.
Многие объекты электрически нейтральны и имеют нулевой общий заряд.Если имеется избыток электронов или протонов, в результате чего суммарный заряд не равен нулю, объекты считаются заряженными.
Один из способов количественно определить электрический заряд — использовать константу e = 1,602 * 10 -19 кулонов. Электрон, который представляет собой наименьшее количество отрицательного электрического заряда ( ), имеет заряд -1,602 * 10 -19 кулонов. Протон, который представляет собой наименьшее количество положительного электрического заряда, имеет заряд +1,602 * 10 -19 кулонов.Таким образом, 10 электронов имели бы заряд -10 э, а 10 протонов имели бы заряд +10 э.
Закон Кулона
Электрические заряды притягивают или отталкивают друг друга, потому что они действуют друг на друга. Сила между двумя точечными электрическими зарядами — идеализированными зарядами, сосредоточенными в одной точке пространства — описывается законом Кулона. Закон Кулона гласит, что сила или величина силы между двумя точечными зарядами составляет пропорционально величине зарядов и обратно пропорционально расстоянию между двумя зарядами.
Математически это выглядит как:
F = (k | q 1 q 2 |) / r 2
где q 1 — заряд первого точечного заряда, q 2 — заряд второго точечного заряда, k = 8,988 * 10 9 Нм 2 / C 2 — постоянная Кулона, а r расстояние между двумя точечными зарядами.
Хотя технически нет реальных точечных зарядов, электроны, протоны и другие частицы настолько малы, что могут быть примерно приблизительно точечным зарядом.
Формула электрического поля
Электрический заряд создает электрическое поле, которое представляет собой область пространства вокруг электрически заряженной частицы или объекта, в которой электрический заряд будет ощущать силу. Электрическое поле существует во всех точках пространства, и его можно наблюдать, добавляя другой заряд в электрическое поле. Однако для практических целей электрическое поле можно приблизить к нулю, если заряды расположены достаточно далеко друг от друга.
Электрические поля — это векторная величина, которую можно представить в виде стрелок, направленных к зарядам или от них.Линии определены как направленные радиально наружу, , от положительного заряда, или радиально внутрь, , к отрицательному заряду.
Величина электрического поля определяется формулой E = F / q, где E — напряженность электрического поля, F — электрическая сила, а q — пробный заряд, который используется для «ощущения» электрического поля. .
Пример: электрическое поле двухточечных зарядов
Для двухточечных зарядов F определяется законом Кулона выше.
- Таким образом, F = (k | q 1 q 2 |) / r 2 , где q 2 определяется как пробный заряд , который используется для «ощущения» электрического поле.
- Затем мы используем формулу электрического поля, чтобы получить E = F / q 2 , поскольку q 2 был определен как пробный заряд.
- После замены F, E = (k | q 1 |) / r 2 .
Источники
- Фитцпатрик, Ричард.«Электрические поля». Техасский университет в Остине , 2007.
- Левандовски, Хизер и Чак Роджерс. «Электрические поля». Университет Колорадо в Боулдере , 2008 г.
- Ричмонд, Майкл. «Электрический заряд и закон Кулона». Рочестерский технологический институт.
«Электрические поля». Университет Колорадо в Боулдере , 2008 г. Электрическое поле — Энциклопедия Нового Света
| Электромагнетизм | ||||||
Электричество · Магнетизм
| ||||||
В физике пространство, окружающее электрический заряд, или в присутствии изменяющегося во времени магнитного поля имеет свойство, называемое электрическим полем (которое также можно приравнять к плотности электрического потока ).Это электрическое поле действует на другие электрически заряженные объекты. Понятие электрического поля было введено Майклом Фарадеем.
Электрическое поле — это векторное поле с единицами СИ — ньютон на кулон (N C −1 ) или, что то же самое, вольт на метр (В · м −1 ). Напряженность поля в данной точке определяется как сила, которая будет приложена к положительному испытательному заряду в +1 кулон, помещенному в эту точку; направление поля определяется направлением этой силы.
Электрические поля содержат электрическую энергию с плотностью энергии, пропорциональной квадрату напряженности поля. Электрическое поле заряжается так же, как гравитационное ускорение относится к массе, а плотность силы — к объему.
Движущийся заряд имеет не только электрическое, но и магнитное поле, и в целом электрическое и магнитное поля не являются полностью отдельными явлениями; то, что один наблюдатель воспринимает как электрическое поле, другой наблюдатель в другой системе отсчета воспринимает как смесь электрического и магнитного полей.По этой причине говорят об «электромагнетизме» или «электромагнитных полях». В квантовой механике возмущения в электромагнитных полях называются фотонами, а энергия фотонов квантуется.
Определение
Стационарная заряженная частица в электрическом поле испытывает силу, пропорциональную ее заряду, определяемую уравнением
- F = q [−∇ϕ − ∂A∂t] {\ displaystyle \ mathbf {F} = q [- \ nabla \ phi — {\ frac {\ partial \ mathbf {A}} {\ partial t}} ]}
где плотность магнитного потока определяется как
- B = ∇ × A {\ displaystyle \ mathbf {B} = \ nabla \ times \ mathbf {A}}
и где −∇ϕ {\ displaystyle — \ nabla \ phi} — кулоновская сила.(См. Раздел ниже).
Электрический заряд является характеристикой некоторых субатомных частиц и квантуется, когда выражается как кратное так называемому элементарному заряду e. Электроны по соглашению имеют заряд -1, в то время как протоны имеют противоположный заряд +1. Кварки имеют дробный заряд -1/3 или +2/3. Их эквиваленты-античастицы имеют противоположный заряд. Есть и другие заряженные частицы.
Обычно заряженные частицы одного знака отталкиваются друг от друга, а заряженные частицы разных знаков притягиваются.Количественно это выражается в законе Кулона, который гласит, что величина отталкивающей силы пропорциональна произведению двух зарядов и ослабевает пропорционально квадрату расстояния.
Электрический заряд макроскопического объекта — это сумма электрических зарядов составляющих его частиц.
Часто чистый электрический заряд равен нулю, поскольку, естественно, количество электронов в каждом атоме равно количеству протонов, поэтому их заряды сокращаются. Ситуации, в которых чистый заряд не равен нулю, часто называют статическим электричеством.Кроме того, даже когда чистый заряд равен нулю, он может быть распределен неравномерно (например, из-за внешнего электрического поля), и тогда материал называется поляризованным, а заряд, связанный с поляризацией, известен как связанный заряд. (при этом внесенная извне превышенная плата называется бесплатной). Упорядоченное движение заряженных частиц в определенном направлении (в металлах это электроны) известно как электрический ток. Дискретная природа электрического заряда была предложена Майклом Фарадеем в его экспериментах по электролизу, а затем прямо продемонстрирована Робертом Милликеном в его эксперименте с каплей масла.
Единицей измерения количества электричества или электрического заряда в системе СИ является кулон, который представляет приблизительно 1,60 × 10 19 элементарных зарядов (заряд одного электрона или протона). Кулон определяется как количество заряда, прошедшего через поперечное сечение электрического проводника, несущего один ампер за одну секунду. Символ Q часто используется для обозначения количества электричества или заряда. Количество электрического заряда можно измерить непосредственно с помощью электрометра или косвенно с помощью баллистического гальванометра.
Формально мера заряда должна быть кратной элементарному заряду e (заряд квантуется), но поскольку это средняя макроскопическая величина, на много порядков больше, чем один элементарный заряд, она может эффективно принимать любой реальная стоимость. Кроме того, в некоторых контекстах имеет смысл говорить о долях заряда; например при зарядке конденсатора.
Если заряженную частицу можно рассматривать как точечный заряд, электрическое поле определяется как сила, которую она испытывает на единицу заряда:
- E = Fq {\ displaystyle \ mathbf {E} = {\ frac {\ mathbf {F}} {q}}}
где
- F {\ displaystyle \ mathbf {F}} — это электрическая сила , , испытываемая частицей
- q — его заряд
- E {\ displaystyle \ mathbf {E}} — электрическое поле, в котором расположена частица.
В буквальном смысле это уравнение определяет электрическое поле только в тех местах, где есть стационарные заряды, чтобы испытать его.Кроме того, сила, создаваемая другим зарядом q {\ displaystyle q}, изменит распределение источника, что означает, что электрическое поле в присутствии q {\ displaystyle q} отличается от самого себя в отсутствие q {\ displaystyle q}. Однако электрическое поле данного распределения источника остается определенным при отсутствии каких-либо зарядов, с которыми можно взаимодействовать. Это достигается путем измерения силы, прикладываемой к последовательно уменьшающимся пробным зарядам , размещенным вблизи источника распределения.Посредством этого процесса электрическое поле, создаваемое заданным распределением источника, определяется как предел, когда пробный заряд приближается к нулю силы на единицу заряда, приложенной к нему.
- E = limq → 0Fq {\ displaystyle \ mathbf {E} = \ lim _ {q \ to 0} {\ frac {\ mathbf {F}} {q}}}
Это позволяет электрическому полю быть зависит только от исходного дистрибутива.
Как ясно из определения, направление электрического поля совпадает с направлением силы, которую оно будет оказывать на положительно заряженную частицу, и противоположно направлению силы, действующей на отрицательно заряженную частицу.{\ displaystyle \ mathbf {\ hat {r}}} — это единичный вектор, указывающий от частицы с зарядом Q на точку оценки электрического поля,
Закон Кулона на самом деле является частным случаем закона Гаусса, более фундаментального описания взаимосвязи между распределением электрического заряда в пространстве и возникающим электрическим полем. Закон Гаусса — одно из уравнений Максвелла, набор из четырех законов, управляющих электромагнетизмом.
Поля, изменяющиеся во времени
Заряды создают не только электрические поля. При движении они генерируют магнитные поля, а если магнитное поле изменяется, оно генерирует электрические поля.
{2}}
где
- ε {\ displaystyle \ varepsilon} — диэлектрическая проницаемость среды, в которой существует поле
- E {\ displaystyle \ mathbf {E}} — вектор электрического поля.{2}}} \ mathbf {\ hat {r}} = m \ mathbf {g}}
Это предполагает сходство между электрическим полем E {\ displaystyle E}
и гравитационное поле g {\ displaystyle g}, поэтому иногда массу называют «гравитационным зарядом».
Сходства между электростатическими и гравитационными силами:
- Оба действуют в вакууме.
- Оба они центральные и консервативные.
- Оба подчиняются закону обратных квадратов (оба обратно пропорциональны квадрату r).
- Оба распространяются с конечной скоростью c.
Различия между электростатическими и гравитационными силами:
- Электростатические силы намного превосходят силы тяжести (примерно в 10 36 раз).
- Гравитационные силы притягивают одинаковые заряды, тогда как электростатические силы отталкивают одноименные заряды.
- Нет отрицательных гравитационных зарядов (нет отрицательной массы), но есть как положительные, так и отрицательные электрические заряды. Это различие в сочетании с предыдущим подразумевает, что гравитационные силы всегда притягивают, в то время как электростатические силы могут быть либо притягивающими, либо отталкивающими.
- Электрический заряд инвариантен, а релятивистская масса — нет.
См. Также
Список литературы
- Гибилиско, Стан. 2005. Демистификация электричества. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN 0071439250.
- Ефименко, Олег Д. 1989. Электричество и магнетизм: Введение в теорию электрических и магнитных полей. 2-е изд. Звездный городок: электретный науч. ISBN 0917406087.
- Паркер, Э.Н. 2007. Беседы об электрических и магнитных полях в космосе. Принстонская серия в астрофизике, 11. Принстон: Издательство Принстонского университета. ISBN 978-06
412.
- Янг, Хью Д. и Роджер А. Фридман. 2003. Физика для ученых и инженеров, 11-е издание. Сан-Франциско: Пирсон. ISBN 080538684X.
Внешние ссылки
Все ссылки получены 18 сентября 2017 г.
Кредиты
Энциклопедия Нового Света Писатели и редакторы переписали и завершили статью Википедия
в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников New World Encyclopedia, и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:
История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :
Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.{‘} $.
Чтобы выяснить, существует ли электрическое поле в определенной точке или нет, мы должны поместить в эту точку крошечную положительно заряженную частицу, называемую пробным зарядом (почему крошечный? Поскольку у этого заряда есть собственное электрическое поле, и если его электрическое поле не мала, то конфликтует с основным электрическим полем задачи). Если на испытательный заряд действует сила, следовательно, в этой точке возникает электрическое поле. Электрическое поле $ \ vec E $ в определенной точке определяется как отношение электрической силы $ \ vec F $ к единичному заряду $ q_0 $, испытываемого зарядом в этой точке: \ [\ vec E = \ frac { \ vec F} {q_0} \]
Сила — это векторная величина, поэтому электрическое поле также является векторной величиной.В единицах СИ, в которых единицей силы является $ \ rm N $, а единицей электрического заряда $ \ rm C $, единицы электрического поля равны $ \ rm {N / C} $.
Примечание $ \ rm 1 $: В литературе по электростатике местоположение точечного заряда называется точкой источника, а точка, в которой рассчитывается электрическое поле или сила, называется точкой поля.
Визуализация электрического поля
Концепция электрического поля несколько сбивает с толку, потому что электрическое поле не может быть реализовано непосредственно чувствами.Для иллюстрации электрических полей можно использовать понятие силовых линий электрического поля. Эти строки имеют следующие свойства:
- Силовые линии в каждой точке имеют то же направление, что и электрическая сила, действующая на положительный заряд в этой точке.
- Эти линии для положительного заряда всегда направлены от заряда, но в сторону отрицательного заряда.
- Линия поля в каждой точке показывает направление электрического поля в этой точке, а электрическое поле в каждой точке касается линии поля, проходящей через эту точку, и находится в том же направлении, что и она.
- В каждой области, где электрическое поле сильнее, силовые линии ближе и плотнее.
- Эти линии не могут пересекаться друг с другом, то есть из каждой точки пространства проходит только одна линия поля. Другими словами, в каждой точке пространства есть только одно электрическое поле, которое является чистым электрическим полем.
- Силовые линии электрического поля начинаются с положительных зарядов и заканчиваются отрицательными зарядами.
Ниже показано электрическое поле вокруг некоторых заряженных объектов.
В пространстве между двумя заряженными параллельными пластинами одинаковой величины и противоположного знака силовые линии электрического поля параллельны друг другу. Другими словами, в каждой точке пространства между пластинами направление и величина электрического поля постоянны. 2} \]
Это соотношение показывает, что величина электрического поля, создаваемого точечным зарядом, прямо пропорциональна величине заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния от него.
Электрическое поле из-за накопления точечных зарядов
Если у нас есть много точечных зарядов в области пространства, в каждой точке пространства есть уникальное электрическое поле. Это поле является результатом полей, создаваемых каждым зарядом при отсутствии других электрических зарядов в этой точке. Этот рецепт называется принципом суперпозиции . Короче говоря,
Принцип суперпозиции гласит, что электрическое поле или сила, возникающая из-за совокупности точечных зарядов на определенном заряде, является векторной суммой каждого поля или силы из-за каждого отдельного заряда, который действует на этот заряд.\ [\ vec E_ {net} = \ vec E_1 + \ vec E_2 + \ dots + \ vec E_n \ quad \ text {или} \ quad \ vec F_ {net} = \ vec F_1 + \ vec F_2 + \ dots + \ vec F_n \]
Автор : Али Немати
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
Наличие электрического заряда создает силу для всех остальных зарядов.
настоящее время. Электрическая сила производит действие на расстоянии; заряженные предметы
могут влиять друг на друга, не касаясь.Предположим, два заряда, q 1
и q 2 , изначально находятся в состоянии покоя. Закон Кулона позволяет вычислить
сила, прилагаемая зарядом q 2 к заряду q 1 (см. рисунок
23.1). В определенный момент заряд q 2 перемещается ближе к заряду
q 1 . В результате мы ожидаем увеличения силы со стороны
q 2 на q 1 . Однако это изменение не может произойти
мгновенный (никакой сигнал не может распространяться быстрее скорости света).В
заряды оказывают друг на друга силу посредством возмущений, которые они
генерируются в окружающем их пространстве. Эти нарушения называются
электрических полей . Каждый электрически заряженный объект генерирует электрический
поле, которое пронизывает пространство вокруг и оказывает толкающее или тянущее действие всякий раз, когда
он вступает в контакт с другими заряженными объектами. Электрическое поле E создавало
набором зарядов можно измерить, поместив точечный заряд q на заданный
позиция.В тестовом заряде будет ощущаться электрическая сила F . Электрический
поле в месте нахождения точечного заряда определяется как сила F, деленная на
заряд q :
Рисунок 23.1. Электрическая сила между двумя электрическими зарядами.
(23,1)
Определение электрического поля показывает, что электрическое поле представляет собой вектор
поле: электрическое поле в каждой точке имеет величину и направление. В
направление электрического поля — это направление, в котором положительный заряд
помещенный в это положение будет двигаться.В этой главе расчет
будет обсуждаться электрическое поле, создаваемое различными распределениями заряда.
Из определения электрического поля ясно, что для того, чтобы
рассчитать напряженность поля, создаваемую распределением заряда, мы должны уметь
чтобы вычислить полную электрическую силу, приложенную этим зарядом к испытательному заряду
распределение.
Рисунок 23.2. Суперпозиция электрических сил. Предположим, что заряд q находится рядом с тремя другими
зарядов, q 1 , q 2 и q 3 , как показано на рисунке
23.2. Закон Кулона можно использовать для расчета электрической силы между q и
q 1 , между q и q 2 и между q и q 3 .
Эксперименты показали, что общая сила q 1 ,
q 2 и q 3 на q — векторная сумма индивидуальных
сил:
(23,2)
Пример: Задача 23.30
Общее количество заряда Q равномерно распределено по тонкой
прямой пластиковый стержень длиной L (см. рисунок 23.3).
а) Найдите электрическую силу, действующую на точечный заряд q, расположенный в точке P, в точке
расстояние d от одного конца стержня (см. рисунок 23.3).
б) Найдите электрическую силу, действующую на точечный заряд q, расположенный в точке P ‘, в точке
расстояние y от середины стержня (см. рисунок 23.3).
Рисунок 23.3. Проблема 23.30.
а) На рисунке 23.4 показана сила dF, действующая на точечный заряд q, расположенный в точке P,
в результате кулоновского взаимодействия заряда q с небольшим сегментом
стержень.Сила направлена по оси x и имеет величину
.
(23.3)
Рисунок 23.4. Соответствующие размеры для задачи 23.30a. Полная сила, действующая на заряд q, может быть найдена путем суммирования
все отрезки стержня:
(23,4)
б) На рисунке 23.5 показана сила, действующая на заряд q, расположенный в точке P ‘, за счет двух
заряженные сегменты стержня. Чистая сила dF, приложенная к q двумя сегментами
стержня направлен по оси y (вертикальная ось) и имеет величину
равно
(23.5)
Примечание: x-составляющая dF l отменяет x-составляющую
dF r , поэтому результирующая сила, действующая на q, равна сумме
y-компоненты dF l и dF r . Величина
dF l и dF r могут быть получены из закона Кулона:
(23.6)
Рисунок 23.5. Соответствующий размер для задачи 23.30b Подставляя ур. (23.6) в ур.(23.5) получаем
(23,7)
Чистая сила, действующая на заряд q, может быть получена путем суммирования по всем сегментам
стержня.
(23,8)
Уравнение (23.1) показывает, что электрическое поле, создаваемое зарядом
распределение — это просто сила на единицу положительного заряда. Процедура
измерить электрическое поле, изложенное во введении, предполагает, что все
заряды, генерирующие электрическое поле, остаются неподвижными, в то время как
вводится тестовый заряд.Чтобы избежать нарушения этих сборов,
Обычно удобно использовать очень маленький тестовый заряд.
Пример: электрическое поле точечного заряда Q.
Пробный заряд, помещенный на расстоянии r от точечного заряда Q, испытает
электрическая сила F c , заданная законом Кулона:
(23,9)
Электрическое поле, создаваемое точечным зарядом Q, можно рассчитать по формуле
подставив уравнение (23.9) в уравнение (23.1)
(23.10)
Пример: электрическое поле зарядного листа.
Предположим, что очень большой лист имеет однородную плотность заряда [сигма]
Кулон на квадратный метр. Список обвинений можно рассматривать как составленный
набор из множества концентрических колец, центрированных вокруг оси z (которая
совпадает с месторасположением достопримечательности). Общая электрическая
поле в этой точке может быть получено векторным сложением электрического поля
генерируется всеми небольшими сегментами листа.На рисунке 23.6 показаны соответствующие
размер, используемый для расчета электрического поля, создаваемого кольцом с радиусом
r и ширина dr. Напряженность электрического поля, создаваемого каждым кольцом, равна
направлена по оси z и имеет прочность, равную
(23.11)
где dQ — заряд кольца, а z — координата z точки
интерес. Заряд dQ может быть выражен через r, dr и [сигма]
(23.12)
Рисунок 23.6. Электрическое поле над большим зарядным листом. Угол [тета] зависит от радиуса кольца и
z-координата точки интереса
(23,13)
Подставляя уравнение (23.12) и уравнение (23.13) в уравнение (23.11), получаем
(23.14)
Полное электрическое поле можно найти, суммируя вклады всех колец
составляющих ведомость начисления
(23.15)
Рисунок 23.7. Поле создается двумя большими параллельно заряженными
тарелки. Уравнение (23.15) показывает, что однородное электрическое поле
производится бесконечно большим заряженным листом. Однако во многих практических
приложения, в которых требуется однородное электрическое поле, два параллельных заряда
листы используются. Электрическое поле между двумя заряженными пластинами (с
плотность заряда [сигма] и — [сигма]) может быть получена путем векторного сложения
поля, создаваемые отдельными пластинами (см. рисунок 23.7):
(23.16)
Электрические поля над и под пластинами имеют противоположные направления (см.
Рис. 23.7) и отмените. Следовательно, две заряженные пластины создают однородную
электрическое поле, ограниченное областью между пластинами, и отсутствие электрического поля
за пределами этого региона (примечание: это в отличие от одного заряженного листа, который
создает электрическое поле повсюду).
Пример: Задача 23.26
Два больших листа бумаги пересекаются друг с другом под прямым углом.Каждый
лист несет равномерное распределение положительного заряда [сигма]
С / м 2 . Найдите величину электрического поля в каждом из четырех
квадранты.
Рисунок 23.8. Проблема 23.26. Эту проблему легко решить, применив
принцип суперпозиции электрических полей, генерируемых каждым листом индивидуально
(см. рисунок 23.8). Напряженность электрического поля, создаваемого каждой пластиной
дается уравнением (23.15). Направление электрического поля перпендикулярно
к пластине и указывая от нее.Сила общего электрического
поле в каждом квадранте равно
(23,17)
и его направление в каждом из четырех квадрантов показано на рисунке 23.8.
Электрическое поле можно представить графически в виде силовых линий. Эти строки
нарисованы таким образом, что в данной точке касательная к прямой имеет
направление электрического поля в этой точке. Плотность линий составляет
пропорциональна величине электрического поля.Каждая полевая линия начинается на
точечный положительный заряд и заканчивается точечным отрицательным зарядом. Поскольку плотность
силовых линий пропорциональна напряженности электрического поля,
количество линий, выходящих из положительного заряда, также должно быть пропорционально
заряд. Примером силовых линий, генерируемых распределением зарядов, является
показано на рисунке 23.9.
Рисунок 23.9. Электрическое поле, создаваемое двумя точечными зарядами q = +
4
Суммарная сила, действующая на нейтральный объект, помещенный в однородное электрическое поле, равна
нуль.Однако электрическое поле может создавать чистый крутящий момент, если положительный и
отрицательные заряды сосредоточены в разных местах объекта. An
Пример показан на рисунке 23.10. На рисунке показан заряд Q, расположенный на одном
конец стержня длиной L и заряд — Q, расположенный на противоположном конце
стержень. Силы, действующие на два заряда, равны
.
(23.18)
Рисунок 23.10. Электрический диполь в электрическом поле. Ясно, что результирующая сила, действующая на систему, равна нулю.Крутящий момент двух сил по отношению к центру стержня задается
по
(23,19)
В результате этого крутящего момента стержень будет вращаться вокруг своего центра. Если [theta] =
0 град. (стержень совмещен с полем) крутящий момент будет равен нулю.
Распределение заряда в теле можно охарактеризовать параметром
называется дипольным моментом p. Дипольный момент стержня показан на рисунке 23.10.
определяется как
(23.20)
В общем случае дипольный момент — это вектор, направленный от отрицательной
заряд в сторону положительного заряда. Используя определение дипольного момента
из уравнения (23.20) крутящий момент объекта в электрическом поле равен
(23.21)
Отправляйте комментарии, вопросы и / или предложения по электронной почте на адрес [email protected] и / или посетите домашнюю страницу Фрэнка Вольфса.
B2: Электрическое поле — Описание и эффект
Электрическое поле — это невидимая сущность, которая существует в области вокруг заряженной частицы.Это вызвано наличием заряженной частицы. Воздействие электрического поля заключается в приложении силы к любой заряженной частице (кроме заряженной частицы, вызывающей электрическое поле), которая оказывается в точке пространства, в которой существует электрическое поле. Электрическое поле в пустой точке пространства — это сила на заряд потенциальной жертвы в этой пустой точке пространства. Заряженная частица, вызывающая электрическое поле, называется зарядом источника. Электрическое поле существует в области вокруг источника заряда независимо от того, есть ли заряженная частица жертвы, на которую электрическое поле воздействует.В каждой точке пространства, где существует электрическое поле, оно имеет как величину, так и направление. Следовательно, электрическое поле — это вектор в каждой точке пространства, в которой оно существует. Мы называем вектор силы на заряд потенциальной жертвы в определенной точке пространства «электрическим полем» в этой точке. Мы также называем бесконечный набор всех таких векторов в области вокруг заряда источника электрическим полем заряда источника. Мы используем символ \ (\ vec {E} \) для обозначения электрического поля. Я использую слово «жертва» для любой частицы, на которую действует электрическое поле.Электрическое поле будет воздействовать на частицу только в том случае, если у нее есть заряд. Итак, все «жертвы» электрического поля имеют заряд. Если в электрическом поле действительно находится заряженная частица, то эта заряженная частица (жертва) испытывает силу
\ [\ vec {F} = q \ vec {E} \ label {Efield} \]
где \ (q \) — заряд жертвы, а \ (\ vec {E} \) — вектор электрического поля в месте нахождения жертвы. Мы можем рассматривать электрическое поле как характеристику пространства.Сила, испытываемая заряженной частицей жертвы, является продуктом характеристики жертвы (ее заряда) и характеристики точки в пространстве (электрического поля), в которой жертва оказывается.
Электрическое поле не имеет значения. Это не «вещи». Это бесплатно. Это бесплатно. Он не притягивает и не отталкивает заряженные частицы. Он не может этого сделать, потому что его «жертвы», заряженные частицы, на которые действует электрическое поле, находятся внутри него. Сказать, что электрическое поле притягивает или отталкивает заряженную частицу, было бы аналогично утверждению, что вода в океане притягивает или отталкивает подводную лодку, погруженную в океан.Да, океанская вода оказывает на подводную лодку подъемную силу. Но он не привлекает и не отталкивает подводную лодку. Точно так же электрическое поле никогда не притягивает и не отталкивает заряженные частицы. Нонсенс утверждать, что это так.
Если у вас есть две исходные частицы заряда, например один в точке \ (A \), а другой в точке \ (B \), каждый из которых создает свой собственный вектор электрического поля в одной и той же точке \ (P \), фактический вектор электрического поля в точке \ (P \) равен векторная сумма двух векторов электрического поля.Если у вас есть множество заряженных частиц, вносящих вклад в электрическое поле в точке \ (P \), электрическое поле в точке \ (P \) представляет собой векторную сумму всех векторов электрического поля в точке \ (P \). Таким образом, с помощью множества распределений заряда источника можно создать большое разнообразие наборов векторов электрического поля в некоторой выбранной области пространства. В следующей главе мы обсудим связь между исходными зарядами, вызывающими электрическое поле, и самим электрическим полем. В этой главе мы сосредотачиваем наше внимание на связи между существующим электрическим полем (не заботясь о том, как оно возникло) и влиянием этого электрического поля на любую заряженную частицу в электрическом поле.Для этого важно уметь принимать данное электрическое поле, как указано, не беспокоясь о том, как электрическое поле возникает в определенной области пространства. (Последнее является важной темой, которой мы подробно рассмотрим в следующей главе.)
Предположим, например, что в определенной точке пустой области пространства, назовем ее точкой \ (P \), существует направленное на восток электрическое поле величиной \ (0,32 Н / Кл \). Помните, изначально мы говорим об электрическом поле в пустой точке пространства.Теперь представим, что мы поместили частицу с зарядом \ (+ 2,0 \) кулонов в точку \ (P \). Электрическое поле в точке \ (P \) будет воздействовать на нашу жертву \ (2,0 C \):
\ [\ vec {F} = q \ vec {E} \]
\ [\ vec {F} = 2,0 ° C (0,32 \ frac {N} {C} \, \ mbox {на восток}) \]
Обратите внимание, что мы имеем дело с векторами, поэтому мы включили и величину, и направление при замене на \ (\ vec {E} \). Вычислив произведение в правой части уравнения и включив направление в наш окончательный ответ, получим:
\ [\ vec {F} = 0.64N \ space \ mbox {восток} \]
Мы видим, что сила направлена в том же направлении, что и электрическое поле. В самом деле, я хочу сказать здесь о направлении электрического поля: электрическое поле в любом месте определяется как направление силы, которую электрическое поле оказывало бы на положительно заряженную жертву, если бы была положительно заряженная жертва. обвиняемый потерпевший в этом месте.
Сказал, что в данной пустой области пространства есть электрическое поле, и попросил определить его направление в различных точках пространства, в которых существует электричество, что вам нужно сделать, так это поместить по одной положительно заряженной частице в каждую из по очереди в разных точках области и выясните, в какую сторону направлена сила, которую частица испытывает в каждом месте.Такая положительно заряженная частица называется положительным тестовым зарядом. В каждом месте, где вы его размещаете, направление силы, испытываемой положительным испытательным зарядом, является направлением электрического поля в этом месте.
Определив, что электрическое поле направлено в направлении силы, которую оно будет оказывать на положительный испытательный заряд, что это означает для случая отрицательного испытательного заряда? Предположим, что в примере с пустой точкой в пространстве, в которой существовало электрическое поле \ (0,32 Н / Кл \), направленное на восток, мы помещаем частицу с зарядом \ (- 2.0 \) кулонов (вместо \ (+ 2.0 \) кулонов, как мы делали раньше). Эта частица будет испытывать силу:
\ [\ begin {align} \ vec {F} & = q \ vec {E} \\ [5pt] & = — 2,0 C \ space (0,32 \ frac {N} {C} \, \ mbox {на восток} » ) \\ [5pt] & = -0.64N \, \ mbox {eastward} \ end {align} \]
Отрицательная сила, направленная на восток, — это положительная сила, направленная на запад той же величины:
\ [\ vec {F} = 0,64N \, \ mbox {запад} \]
Фактически, каждый раз, когда частица-жертва имеет отрицательный заряд, знак минус в значении заряда \ (q \) в уравнении \ ref {Efield} заставляет вектор силы иметь направление, противоположное направлению вектора силы. вектор электрического поля.Таким образом, сила, оказываемая электрическим полем на отрицательно заряженную частицу, которая находится в любом месте этого поля, всегда направлена прямо противоположно направлению самого электрического поля в этом месте.
Давайте исследуем бизнес этого направления на примере случаев, когда направление задается в единицах единичных векторов. Предположим, что декартова система отсчета была установлена в пустой области пространства, в которой есть электрическое поле. Далее предположим, что электрическое поле в определенной точке, назовем ее точкой \ (P \), равно:
\ [\ vec {E} = 5.{-16} N \) и направление \ (- \ hat {k} \). Последнее означает, что сила направлена в направлении –z, которое противоположно направлению электрического поля. Опять же, это как и ожидалось.
Сила, действующая на отрицательно заряженную частицу со стороны электрического поля, всегда имеет направление, противоположное направлению самого электрического поля.
В контексте электрического поля как совокупности всех векторов электрического поля в области пространства, простейшим видом электрического поля является однородное электрическое поле.Однородное электрическое поле — это такое, в котором каждый вектор электрического поля имеет одну и ту же величину и одно и то же направление. Итак, у нас есть бесконечный набор векторов электрического поля, по одному в каждой точке области пространства, где, как говорят, существует однородное электрическое поле, и каждый из них имеет ту же величину и направление, что и любой другой. Жертва заряженной частицы, которая либо выпущена из состояния покоя в таком электрическом поле, либо запущена с некоторой начальной скоростью в таком поле, будет иметь одну и ту же силу, действующую на нее, независимо от того, где она находится в электрическом поле.По закону Ньютона 2 и это означает, что частица будет испытывать постоянное ускорение. Если частица выходит из состояния покоя, или, если начальная скорость частицы находится в том же направлении, что и электрическое поле, или прямо противоположном ему направлении, частица будет испытывать постоянное ускоренное движение в одном измерении. Если начальная скорость частицы находится в направлении, не коллинеарном электрическому полю, то частица будет испытывать постоянное ускоренное движение в двух измерениях.Читателю следует ознакомиться с этими темами из «Физики на основе вычислений» I.
.
Диаграммы электрического поля
Рассмотрим область в пространстве, в которой есть однородное поле, направленное на восток. Предположим, мы хотим изобразить эту ситуацию, если смотреть сверху, на диаграмме. В каждой точке области пространства, где существует электрическое поле, есть вектор электрического поля. Поскольку электрическое поле однородно, все векторы имеют одинаковую величину, и, следовательно, мы бы нарисовали все стрелки, представляющие векторы электрического поля, одинаковой длины.Поскольку поле однородно и ориентировано на восток, мы бы нарисовали все стрелки так, чтобы они указывали на восток. Проблема в том, что по-человечески невозможно нарисовать стрелку в каждой точке области страницы, используемой для изображения области пространства, в которой есть электрическое поле. Другая трудность состоит в том, что при использовании соглашения о том, что длина вектора является репрезентативной для его величины, стрелки имеют тенденцию заходить друг на друга и перекрываться.
Физики приняли набор условных обозначений для изображения электрических полей.Результат применения условных обозначений известен как диаграмма электрического поля . В соответствии с соглашением, выдвижной ящик создает набор кривых или линий со стрелками, так что в каждой точке каждой кривой электрическое поле в каждой точке кривой направлено по касательной к кривой в согласованном направлении. с тем, что изображено стрелкой на этой кривой. Кроме того, расстояние между линиями в одной области диаграммы по сравнению с другими областями диаграммы представляет величину электрического поля относительно величины в других местах той же диаграммы.Чем ближе линии, тем сильнее электрическое поле, которое они представляют. В случае рассматриваемого однородного электрического поля, поскольку величина электрического поля одинакова везде (что мы подразумеваем под «однородным»), расстояние между линиями должно быть одинаковым везде. Кроме того, поскольку электрическое поле в этом примере имеет одно направление, а именно восточное, силовые линии электрического поля будут прямыми линиями со стрелками.
Авторы и авторство
1.6. Электрическое поле E — Physics LibreTexts
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
Без заголовков
Область вокруг заряженного тела, в которой оно может оказывать свое электростатическое влияние, может быть названа электрическим полем .В принципе, он простирается до бесконечности, но на практике он более или менее быстро спадает с расстоянием. Мы можем определить напряженность или напряженность \ (E \) электрического поля следующим образом. Предположим, что мы поместили небольшой пробный заряд \ (Q \) в электрическое поле. Затем этот заряд испытает силу. Отношение силы к заряду называется напряжённостью электрического поля или, чаще, просто электрическим полем . Таким образом, я использовал слова «электрическое поле» для обозначения либо области пространства вокруг заряженного тела, либо, количественно, для обозначения его интенсивности.Обычно это ясно из контекста, который имеется в виду, но, если хотите, вы можете использовать более длинную фразу «напряженность электрического поля», если хотите устранить все сомнения. Поле и сила находятся в одном направлении, а электрическое поле является векторной величиной, поэтому определение электрического поля можно записать как
\ [\ textbf {F} = Q \ textbf {E} \ tag { 1.6.1} \ label {1.6.1} \]
В системе СИ единицами измерения электрического поля являются ньютоны на кулон, или NC -1 . Однако немного позже мы встретим единицу, называемую вольт , и узнаем, что альтернативной (и более обычной) единицей измерения электрического поля является вольт на метр, или В · м -1 .Размеры MLT -2 Q -1 .
Вы, возможно, заметили, что я предполагал, что мы помещаем «небольшой» тестовый заряд в поле, и вы могли задаться вопросом, почему он должен быть маленьким и насколько маленьким. Проблема в том, что если мы поместим большой заряд в электрическое поле, это изменит конфигурацию электрического поля и, следовательно, сорвет наши усилия по его точному измерению. Итак, оно должно быть достаточно маленьким, чтобы не изменять конфигурацию поля, которое мы пытаемся измерить.Насколько это мало? Что ж, это должно означать бесконечно малое. Надеюсь, это понятно! (Это немного похоже на ту надоедливую частицу пренебрежимо малой массы m , которая продолжает появляться в задачах механики!)
Теперь нам нужно вычислить напряженность электрического поля вблизи заряженных бод различной формы и размера, таких как стержни, диски, шары и так далее.
Учебное пособие по физике: Линии электрического поля
В предыдущем разделе Урока 4 обсуждалась векторная природа напряженности электрического поля.Величина или напряженность электрического поля в пространстве, окружающем заряд источника, напрямую связана с количеством заряда на заряде источника и обратно пропорционально расстоянию от источника заряда. Направление электрического поля всегда направлено в том направлении, в котором положительный испытательный заряд будет выталкиваться или вытягиваться, если его поместить в пространство, окружающее исходный заряд. Поскольку электрическое поле является векторной величиной, его можно представить векторной стрелкой. В любом заданном месте стрелки указывают направление электрического поля, а их длина пропорциональна напряженности электрического поля в этом месте.Такие векторные стрелки показаны на схеме ниже. Обратите внимание, что длины стрелок больше, когда они ближе к источнику заряда, и короче, когда они дальше от источника заряда.
Более полезным средством визуального представления векторной природы электрического поля является использование силовых линий электрического поля. Вместо того, чтобы рисовать бесчисленные векторные стрелки в пространстве, окружающем заряд источника, возможно, более полезно нарисовать узор из нескольких линий, которые проходят между бесконечностью и зарядом источника.Эти линии, иногда называемые линиями электрического поля , указывают в направлении, в котором положительный испытательный заряд будет ускоряться, если поместить их на линию. Таким образом, линии направлены от положительно заряженных исходных зарядов к отрицательно заряженным исходным зарядам. Для передачи информации о направлении поля каждая линия должна включать стрелку, указывающую в соответствующем направлении. Схема силовых линий электрического поля может включать бесконечное количество линий.Поскольку рисование такого большого количества линий имеет тенденцию к снижению читабельности рисунков, количество линий обычно ограничено. Присутствия нескольких линий вокруг заряда обычно достаточно, чтобы передать природу электрического поля в пространстве, окружающем эти линии.
Правила построения диаграмм электрического поля
Существует множество условных обозначений и правил для рисования таких моделей линий электрического поля.Условные обозначения просто установлены для того, чтобы рисунки линий электрического поля передавали наибольший объем информации о природе электрического поля, окружающего заряженный объект. Одно из распространенных правил — окружать более заряженные объекты большим количеством линий. Предметы с большим зарядом создают более сильные электрические поля. Окружив сильно заряженный объект большим количеством линий, можно передать силу электрического поля в пространстве, окружающем заряженный объект, с помощью линейной плотности.Это соглашение изображено на диаграмме ниже.
Плотность линий, окружающих любой данный объект, не только раскрывает информацию о количестве заряда в исходном заряде, но и плотность линий в определенном месте в пространстве раскрывает информацию о напряженности поля в этом месте. Рассмотрим объект, показанный справа. На разных расстояниях от источника заряда нарисованы два разных круглых сечения. Эти поперечные сечения представляют области пространства ближе и дальше от источника заряда.Силовые линии расположены ближе друг к другу в областях пространства, ближайших к заряду; и они разбросаны дальше друг от друга в наиболее удаленных от заряда областях пространства. Основываясь на соглашении относительно линейной плотности, можно было бы заключить, что электрическое поле является наибольшим в местах, наиболее близких к поверхности заряда, и, по крайней мере, в местах, удаленных от поверхности заряда. Плотность линий в структуре силовых линий электрического поля раскрывает информацию о силе или величине электрического поля.
Второе правило рисования линий электрического поля включает рисование силовых линий, перпендикулярных поверхностям объектов в местах, где линии соединяются с поверхностями объектов. На поверхности объектов как симметричной, так и неправильной формы никогда не бывает компонента электрической силы, направленной параллельно поверхности. Электрическая сила и, следовательно, электрическое поле всегда направлены перпендикулярно поверхности объекта. Если бы когда-либо существовала какая-либо составляющая силы, параллельная поверхности, то любой избыточный заряд, находящийся на поверхности заряда источника, начал бы ускоряться.Это привело бы к возникновению электрического тока внутри объекта; это никогда не наблюдается в статическом электричестве . Как только силовая линия покидает поверхность объекта, она часто меняет свое направление. Это происходит при рисовании линий электрического поля для конфигураций из двух или более зарядов, как описано в разделе ниже.
Последнее правило рисования линий электрического поля включает пересечение линий. Линии электрического поля никогда не должны пересекаться. Это особенно важно (и соблазнительно нарушить) при рисовании линий электрического поля в ситуациях, связанных с конфигурацией зарядов (как в разделе ниже).Если бы силовым линиям электрического поля было позволено пересекаться друг с другом в данном месте, вы могли бы представить себе результаты. Линии электрического поля раскрывают информацию о направлении (и силе) электрического поля в определенной области пространства. Если линии пересекаются друг с другом в данном месте, тогда должно быть два отчетливо разных значения электрического поля с их собственным индивидуальным направлением в этом заданном месте. Этого никогда не могло быть. Каждое отдельное место в космосе имеет свою собственную напряженность электрического поля и направление, связанное с ней.Следовательно, линии, представляющие поле, не могут пересекать друг друга в любом заданном месте в пространстве.
Линии электрического поля для конфигураций из двух или более зарядов
В приведенных выше примерах мы видели силовые линии электрического поля в пространстве, окружающем точечные заряды. Но что, если область пространства содержит более одного точечного заряда? Как можно описать электрическое поле в пространстве, окружающем конфигурацию из двух или более зарядов, линиями электрического поля? Чтобы ответить на этот вопрос, мы сначала вернемся к нашему первоначальному методу рисования векторов электрического поля.
Предположим, что есть два положительных заряда — заряд A (Q A ) и заряд B (Q B ) — в данной области пространства. Каждый заряд создает собственное электрическое поле. В любом заданном месте, окружающем заряды, напряженность электрического поля можно рассчитать с помощью выражения kQ / d 2 . Так как есть два заряда, расчет kQ / d 2 должен быть выполнен дважды в каждом месте — один раз с kQ A / d A 2 и один раз с kQ B / d B 2 (d A — это расстояние от этого места до центра заряда A, а d B — расстояние от этого места до центра заряда B).Результаты этих вычислений проиллюстрированы на диаграмме ниже с векторами электрического поля (E A и E B ), нанесенными в различных местах. Сила поля обозначается длиной стрелки, а направление поля обозначается направлением стрелки.
Поскольку электрическое поле является вектором, обычные операции, применяемые к векторам, могут быть применены к электрическому полю. То есть они могут быть добавлены по схеме «голова к хвосту» для определения результирующего или результирующего вектора электрического поля в каждом месте.Это показано на схеме ниже.
Схема выше показывает, что величина и направление электрического поля в каждом месте — это просто векторная сумма векторов электрического поля для каждого отдельного заряда. Если выбрано больше местоположений и процесс рисования E A , E B и E net повторяется, тогда напряженность и направление электрического поля во множестве местоположений будут известны. (Это не делается, поскольку это очень трудоемкая задача.В конце концов, линии электрического поля, окружающие конфигурацию двух наших зарядов, начнут проявляться. Для ограниченного числа точек, выбранных в этом месте, можно увидеть начало рисунка силовых линий электрического поля. Это показано на диаграмме ниже. Обратите внимание, что для каждого местоположения векторы электрического поля касаются направления линий электрического поля в любой заданной точке.
Построение силовых линий электрического поля таким способом — утомительная и громоздкая задача.Использование компьютерной программы для построения полевых графиков или лабораторной процедуры дает аналогичные результаты за меньшее время (и с большим количеством операций). Какой бы метод ни использовался для определения рисунков силовых линий электрического поля для конфигурации зарядов, общая идея состоит в том, что образец является результатом рисунков для отдельных зарядов в конфигурации. Картины силовых линий электрического поля для других конфигураций заряда показаны на диаграммах ниже.
На каждой из приведенных выше диаграмм заряды отдельных источников в конфигурации имеют одинаковую величину заряда.Имея одинаковое количество заряда, каждый исходный заряд имеет одинаковую способность изменять окружающее его пространство. Следовательно, узор является симметричным по своей природе, и количество линий, исходящих от заряда источника или идущих к заряду источника, одинаково. Это усиливает обсуждавшийся ранее принцип, согласно которому плотность линий, окружающих любой заданный заряд источника, пропорциональна количеству заряда на этом заряде источника. Если количество заряда на исходном заряде не идентично, рисунок примет асимметричный характер, поскольку один из исходных зарядов будет иметь большую способность изменять электрическую природу окружающего пространства.Это показано на рисунках силовых линий электрического поля ниже.
После построения диаграмм линий электрического поля для различных конфигураций заряда можно предсказать общие модели для других конфигураций. Есть ряд принципов, которые помогут в таких прогнозах. Эти принципы описаны (или повторно описаны) в списке ниже.
- Линии электрического поля всегда проходят от положительно заряженного объекта к отрицательно заряженному объекту, от положительно заряженного объекта к бесконечности или от бесконечности к отрицательно заряженному объекту.
- Силовые линии электрического поля никогда не пересекаются.
- Силовые линии электрического поля наиболее плотны вокруг объектов с наибольшим зарядом.
- В местах, где линии электрического поля встречаются с поверхностью объекта, линии перпендикулярны поверхности.
Линии электрического поля как невидимая реальность
В Уроке 4 подчеркивалось, что концепция электрического поля возникла, когда ученые пытались объяснить действие на расстоянии, которое происходит между заряженными объектами.Понятие электрического поля было впервые введено физиком 19 века Майклом Фарадеем. Фарадей считал, что рисунок линий, характеризующий электрическое поле, представляет собой невидимую реальность. Вместо того чтобы мыслить в терминах влияния одного заряда на другой, Фарадей использовал концепцию поля, чтобы предположить, что заряженный объект (или массивный объект в случае гравитационного поля) влияет на пространство, которое его окружает. Когда другой объект входит в это пространство, на него влияет поле, установленное в этом пространстве.С этой точки зрения видно, что заряд взаимодействует с электрическим полем, а не с другим зарядом. Для Фарадея секрет понимания действия на расстоянии заключается в понимании силы заряда-поля-заряда. Заряженный объект посылает свое электрическое поле в космос, простираясь от «съемника до шкива». Каждый заряд или конфигурация зарядов создает сложную сеть влияния в окружающем его пространстве. Хотя линии невидимы, эффект очень реален. Поэтому, когда вы практикуете упражнение по построению силовых линий электрического поля вокруг зарядов или конфигурации зарядов, вы делаете больше, чем просто рисуете извилистые линии.Скорее, вы описываете наэлектризованную паутину пространства, которая притягивает и отталкивает другие заряды, попадающие в нее.
Мы хотели бы предложить …
Иногда просто прочитать об этом недостаточно. Вы должны с ним взаимодействовать! И это именно то, что вы делаете, когда используете одно из интерактивных материалов The Physics Classroom. Мы хотели бы предложить вам совместить чтение этой страницы с использованием нашего интерактивного приложения «Положите заряд в цель» и / или интерактивного интерфейса «Линии электрического поля».Оба интерактивных компонента можно найти в разделе Physics Interactives на нашем веб-сайте. Оба Interactives обеспечивают увлекательную среду для исследования силовых линий электрического поля.
Проверьте свое понимание
Используйте свое понимание, чтобы ответить на следующие вопросы.
