Электрическое поле создается: Электрическое поле и электрический ток: напряженность и сила

Электрическое поле и электрический ток: напряженность и сила

Взаимодействие электрических зарядов объясняется тем, что вокруг каждого заряда существует электрическое поле.

Электрическое поле

Электрическое поле заряда – это материальный объект, оно непрерывно в пространстве и способно действовать на другие электрические заряды. Электрическое поле неподвижных зарядов называется электростатическим. Электростатическое поле создается только электрическими зарядами, существует в пространстве, окружающем эти заряды и неразрывно с ними связано.

Если к электроскопу, не касаясь его оси, поднести на некотором расстоянии заряженную палочку, то стрелка все равно будет откланяться. Это и есть действие электрического поля.

Напряженность электрического поля

Заряды, находясь на некотором расстоянии один от другого, взаимодействуют. Это взаимодействие осуществляется посредством электрического поля. Наличие электрического поля можно обнаружить, помещая в различные точки пространства электрические заряды. Если на заряд в данной точке действует электрическая сила, то это означает, что в данной точке пространства существует электрическое поле. Графически силовые поля изображают силовыми линиями.

Силовая линия – это линия, касательная в каждой точке которой совпадает с вектором напряженности электрического поля в этой точке.

Напряженность электрического поля – это физическая величина, численно равная силе, действующей на единичный заряд, помещенный в данную точку поля. За направление вектора напряженности принимают направление силы, действующей на точечный положительный заряд.

Однородное электрическое поле – это такое поле, во всех точках которого напряженность имеет одно и то же абсолютное значение и направление. Приблизительно однородным является электрическое поле между двумя разноименно заряженными металлическими пластинами. Силовые линии такого поля являются прямыми одинаковой густоты.

Потенциал. Разность потенциалов. Кроме напряженности, важной характеристикой электрического поля является потенциал j. Потенциал j – это энергетическая характеристика электрического поля, тогда как напряженность E – это его силовая характеристика, потому что потенциал равен потенциальной энергии, которой обладает единичный заряд в данной точке поля, а напряженность равна силе, с которой поле действует на этот единичный заряд.

Диэлектрики в электрическом поле

Диэлектриками или изоляторами называются тела, которые не могут проводить через себя электрические заряды. Это объясняется отсутствием в них свободных зарядов.

Если одни конец диэлектрика внести в электрическое поле, то перераспределения зарядов не произойдет, т. к. в диэлектрике нет свободных носителей заряда. Оба конца диэлектрика будут нейтральны. Притяжение незаряженного тела из диэлектрика к заряженному телу объясняется тем, что в электрическом поле происходит поляризация диэлектрика, т. е. смещение в противоположные стороны разноименных связанных зарядов, входящих в состав атомов и молекул вещества.

Полярные и неполярные диэлектрики

Виды диэлектриков

К неполярным относятся диэлектрики, в атомах или молекулах которых центр отрицательно заряженного электронного облака совпадает с центром положительного атомного ядра. Например, инертные газы, кислород, водород, бензол.

Полярные диэлектрики состоят из молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Например, спирты, вода. Их молекулы можно рассматривать как совокупность двух точечных зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Такую в целом нейтральную систему называют электрическим диполем.

Проводники в электрическом поле

Проводниками называются тела, способные пропускать через себя электрические заряды. Это свойство проводников объясняется наличием в них свободных носителей заряда. Примерами проводников могут быть металлы и растворы электролитов.

Если взять металлический проводник и один его конец поместить в электрическое поле, то на данном конце появится электрический заряд. Согласно закону сохранения электрического заряда, на другом конце проводника появится равный ему по модулю и противоположный по знаку заряд. Явление разделения разноименных зарядов в проводнике, помещенном в электрическое поле, называется электростатической индукцией.

При внесении в электрическое поле проводника свободные заряды в нем приходят в движение. Перераспределение зарядов вызывает изменение электрического поля. Движение зарядов прекращается только тогда, когда напряженность электрического поля внутри проводника становится равной нулю. Свободные заряды перестают перемещаться вдоль поверхности проводящего тела при достижении такого распределения, при котором вектор напряженности электрического поля в любой точке перпендикулярен поверхности тела. Электростатическое поле внутри проводника равно нулю, весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности.

Электроемкость и конденсатор

Электроемкость – количественная мера способности проводника удерживать заряд.

Простейшие способы разделение разноименных электрических зарядов – электризация и электростатическая индукция – позволяют получить на поверхности тел не большое количество свободных электрических зарядов. Для накопления значительных количеств разноименных электрических зарядов применяются конденсаторы.

Конденсатор – это система из двух проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Так, например, две плоские металлические пластины, расположенные параллельно и разделенные слоем диэлектрика, образуют плоский конденсатор.

Если пластинам плоского конденсатора сообщить равные по модулю заряды противоположного знака, то напряженность электрического поля между пластинами будет в два раза больше, чем напряженность поля у одной пластины. Вне пластин напряженность электрического поля равна нулю, т. к. равные заряды разного знака на двух пластинах создают вне пластин электрические поля, напряженности которых равны по модулю, но противоположны по направлению.

Электрический ток

Это направленное движение заряженных частиц. В металлах носителями тока являются свободные электроны, в электролитах – отрицательные и положительные ионы, в полупроводниках – электроны и дырки, в газах – ионы и электроны. Количественной характеристикой тока является сила тока.

Источниками могут служить – гальванический элемент(происходят хим. реакции и внутренняя энергия, превращается в электрическую) и аккумулятор(для зарядки через него пропускают постоянный ток, в результате химической реакции один электрод становиться положительно заряженным, другой – отрицательно.

Действия электрического тока: тепловое, химическое, магнитное.

Направление электрического тока: от + к –

Направленное движение заряженных частиц

Поэтому достаточным условием для существования тока является наличие электрического поля и свободных носителей заряда. О наличии тока можно судить по явлениям, которые его сопровождают: Проводник, по которому течет ток, нагревается. Электрический ток может изменять химический состав проводника.

Силовое воздействие на соседние точки и намагниченные тела.

При существовании электрического поля внутри проводника, на концах его существует разность потенциалов. Если она не меняется, то в проводнике устанавливается постоянный электрический ток.

Сила тока

Сила тока – отношение заряда, пронесенного через поперечное сечение проводника за интервал времени, к этому интервалу времени.

Сила тока, как и заряд, величина скалярная. Она может быть как положительной, так и отрицательной. За положительное направление силы тока принято движение положительных зарядов. Если с течением времени сила тока не меняется, то ток называется постоянным.

Электродвижущая сила

Для того, чтобы в проводнике существовал электрический ток длительное время, необходимо поддерживать неизменными условия, при которых возникает электрический ток.

Во внешней цепи электрические заряды движутся под действием сил электрического поля. Но, чтобы поддерживать разность потенциалов на концах внешней цепи, необходимо перемещать электрические заряды внутри источника тока против сил электрического поля. Такое перемещение может осуществляться только под действием сил неэлектростатической природы.

Силы, вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника постоянного тока против направления действия сил электростатического поля, называются сторонними силами. Сторонние силы в гальваническом элементе или аккумуляторе возникают в результате электрохимических процессов, происходящих на границе раздела электрод – электролит. В машине постоянного тока сторонней силой является сила Лоренца.

Последовательное и параллельное соединение проводников

Проводники в электрических цепях постоянного тока могут соединяться последовательно и параллельно.

При последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений, все проводники включают в цепь поочередно друг за другом.

Сила тока во всех проводниках одинакова, так как в проводниках электрический заряд не накапливается и через поперечное сечение проводника за определенное время проходит один и тот же заряд.

При последовательном соединении проводников их общее электрическое сопротивление равно сумме электрических сопротивлений всех проводников.

При параллельном соединении электрическая цепь имеет разветвления (точку разветвления называют узлом). Начала и концы проводников имеют общие точки подключения к источнику тока.

При этом напряжение на всех проводниках одинаково. Сила тока равна сумме сил токов во всех параллельно включенных проводниках, так как в узле электрический заряд не накапливается, поступающий за единицу времени в узел заряд равен заряду, уходящему из узла за то же время.

Соединение источников тока

Соединение источников тока

Химические источники э. д. с. (аккумуляторы, элементы) включаются между собой последовательно, параллельно и смешанно.

Последовательное соединение источников э. д. с. На рисунке представлены три соединенных между собой аккумулятора. Такое соединение аккумуляторов, когда минус каждого предыдущего источника соединен с плюсом последующего источника, называется последовательным соединением. Группа соединенных между собой аккумуляторов или элементов называется батареей.

Электричество и магнетизм

Итак, давайте зафиксируем то, что мы уже успели изучить. Все наши формулы могут быть выведены из нескольких утверждений. 

Утверждение 1.  

Математической формулировкой этого утверждения является теорема Остроградского — Гаусса для напряженности электрического поля

В правой части стоит интеграл от плотности зарядов по произвольному объему, который равен полному заряду внутри него. В левой части — поток вектора напряженности электрического поля через произвольную замкнутую поверхность, ограничивающую этот объем. Как мы видели, закон Кулона также содержится в этом уравнении. 

Утверждение 2.  

Математической формулировкой этого утверждения является теорема Остроградского — Гаусса для вектора магнитной индукции, в правой части которой стоит нуль

Утверждение 3. 

Математически это выражается как равенство нулю циркуляции напряжённости электростатического поля по произвольному контуру

Утверждение 4.  

Математическим выражением этого утверждения является теорема о циркуляции вектора магнитной индукции

В левой части стоит циркуляция магнитного поля по произвольному контуру L, а в правой — интеграл от плотности полного тока по произвольной поверхности S, натянутой на этот контур. Этот интеграл равен сумме токов, пересекающих поверхность S. В этом уравнении содержится закон Био — Савара — Лапласа. 

Эти четыре уравнения надо дополнить выражением для силы Лоренца, действующей на движущиеся заряды со стороны электромагнитных полей

Внимательный читатель заметит, что заголовки к двум последним утверждениям выделены другим шрифтом. Это сделано не случайно: данные утверждения подлежат модификации. Дело в том, что с тех пор, как мы сформулировали эти четыре утверждения, мы познакомились еще с одним явлением — электромагнитной индукцией. Оно пока еще не нашло отражения в выписанных уравнениях. Сделаем это. 

Если магнитный поток через проводящий виток L меняется, то в витке возникает ЭДС индукции. Что это означает? Заряды, находящиеся в проводнике, будут испытывать действие силы, связанной с этой ЭДС. Но появление силы, действующей на заряд, означает появление какого-то электрического поля. Циркуляция этого поля по витку как раз и равна по определению ЭДС индукции

Отличие циркуляции от нуля означает, что данное электрическое поле не потенциально, а имеет вихревой характер, подобно магнитному полю. Но если такое поле появилось, то в чем тогда роль витка? Виток — это не более, чем удобный детектор для регистрации вихревого электрического поля по возникшему индукционному току. Для того, чтобы расстаться с витком окончательно, выразим ЭДС индукции через поток магнитного поля. Перепишем закон Фарадея в виде

Объединяя это уравнение с (9. 6), приходим к модифицированному утверждению 3 (рис. 9.1). 

Утверждение 5.  

Рис. 9.1. Закон электромагнитной индукции в трактовке Максвелла:

изменяющееся магнитное поле порождает вихревое электрическое поле 

Математически это выражается в виде уравнения

В этом уравнении содержится закон электромагнитной индукции Фарадея. 

Здесь надо проявить немного осторожности: раз у нас появилось дополнительное электрическое поле, не изменит ли оно первое утверждение? По счастью, ответ отрицателен: поток вихревого поля через замкнутую поверхность равен нулю, так что это поле не даст вклада в левую часть уравнения (9. 1). 

Казалось бы, мы учли уже все явления, с которыми знакомы. Почему же тогда мы пометили четвертое уравнение как требующее модификации? Дело в том, что теперь нарушена симметрия между электрическими и магнитными явлениями. Предположим, что в системе нет ни зарядов, ни токов. Может ли существовать тогда электромагнитное поле? Ответ мы знаем из современной жизни: может! Существуют же электромагнитные волны, которые распространяются в космосе и не требует для этого никакой среды. В отсутствие зарядов и токов первые два уравнения (9.1) и (9.2) вполне симметричны. Этого нельзя сказать о второй паре уравнений. Электрическое (вихревое) поле можно породить без зарядов, просто изменением магнитного поля? Почему же магнитное поле нельзя породить не токами, а изменяя электрическое поле?

Глава 18. Напряженность и потенциал электрического поля.Силовые линии электрического поля

Для характеристики создаваемого зарядами электрического поля вводятся две величины — напряженность электрического поля и его потенциал. Напряженность характеризует силу, действующую со стороны поля на внесенный в него пробный заряд. Если в какой-то точке поля на заряд действует сила , то напряженность электрического поля в этой точке равна

где — заряд, который мы взяли, чтобы «попробовать» поле в данной точке. Такой заряд называется «пробным». Пробный заряд не должен искажать распределение зарядов, создающих поле, и потому должен быть достаточно мал. В формулу (18.1) пробный заряд входит со своим знаком (не модуль), поэтому, как следует из (18.1), вектор напряженности поля в некоторой точке направлен так же, как и вектор силы, действующей в этой точке на положительный пробный заряд.

Найдем напряженность электрического поля, создаваемого точечным зарядом . Для этого возьмем произвольный пробный заряд и поместим его в точку, находящуюся на расстоянии от заряда . Сила, действующую на пробный заряд со стороны заряда , определяется законом Кулона (17. 1), (17.2). Поэтому согласно (18.1) имеем

где . Направлен вектор напряженности от заряда , если , и к нему, если .

Пусть поле создается несколькими зарядами … В этом случае его напряженность равна векторной сумме напряженностей тех полей, которые создаются каждым зарядом в отдельности. Действительно, из принципа суперпозиции следует, что на пробный заряд в этом случае действует сила …, где … — силы, действующие на пробный заряд со стороны каждого заряда … Поэтому из (18.1) получаем

где … — напряженности тех полей, которые создавались бы каждым зарядом в отдельности в отсутствие других зарядов. Утверждение (18.3) называется принципом суперпозиции для полей. Формула (18.2) и принцип суперпозиции позволяют вычислить поле, создаваемое любым заряженным телом — с помощью мысленного разбиения его на точечные части и суммирования напряженностей, создаваемых всеми таким частями. Однако из-за математической сложности такой процедуры, она не входит в программу школьного курса физики. Школьник должен знать без вывода результат ее применения к заряженным сферам и плоскостям. Из формул (17.4), (17.5) получаем для напряженности поля сферы радиуса , равномерно заряженной зарядом , в точке на расстоянии от центра сферы:

где , а из формулы (17.6) для напряженности поля равномерно заряженной плоскости

где — заряд плоскости, — площадь, — поверхностная плотность зарядов плоскости.

Электрическое поле можно изобразить графически (на современном русском языке — визуализировать) с помощью силовых линий. Силовые линии — это такие воображаемые линии, касательные к которым в каждой точке совпадают по направлению с вектором напряженности в этой точке. Вообще говоря, силовые линии проходят через каждую точку поля (кроме тех точек, где ), но поскольку так их нарисовать нельзя, условились проводить их с определенной густотой в зависимости от величины поля: чем гуще расположены силовые линии, тем больше величина напряженности поля.

Второй характеристикой электрического поля является его потенциал. Основная идея введения этой величины заключается в следующем. Если электрический заряд перемещается в электрическом поле (созданном другими зарядами), то со стороны поля на него действуют силы, и, следовательно, поле совершает работу. Потенциал поля — это такая функция точки поля , что работа , совершаемая полем над точечным пробным зарядом при его перемещении из точки с радиусом-вектором в точку с радиусом-вектором , равна

(именно в такой последовательности). Из формулы (18.6) следует, что работа, которую совершает поле при перемещении заряда, не зависит от формы траектории, а определяется только начальной и конечной ее точками. В частности, при перемещении тела по замкнутой траектории поле совершает нулевую работу.

Поскольку в формулу (18.6), входит разность потенциалов двух точек поля, потенциал определен с точностью до постоянной. Эту постоянную всегда можно выбрать так, что потенциал любой заданной точки поля можно сделать равным нулю. Как правило, в качестве такой точки выбирают бесконечно удаленную от зарядов точку поля, считая ее потенциал равным нулю. Из формулы (18.6) следует, что потенциал любой точки поля равен отношению работы, которую совершает электрическое поле при перемещении пробного заряда из этой точки в ту точку, потенциал которой выбран равным нулю, к пробному заряду.

Можно доказать, что если поле создается точечным зарядом , то потенциал на расстоянии от заряда при условии, что потенциал бесконечно удаленной точки принят за нуль, равен

Важно отметить, что в формулу (18. 7) входит заряд со знаком (не модуль!), т.е. потенциал поля, создаваемого положительным зарядом, — положительный, отрицательным — отрицательный.

Для потенциалов справедлив принцип суперпозиции: если поле создается несколькими точечными зарядами, то потенциал любой его точке равен алгебраической сумме потенциалов (18.7), создаваемых в этой точке каждым точечным зарядом. Это правило позволяет найти потенциал поля, создаваемого протяженным заряженным телом: нужно мысленно разделить тело на малые («точечные») части, по формуле (18.7) найти потенциал поля, создаваемого каждой такой частью, а затем сложить полученные результаты.

Для решения задач ЕГЭ нужно знать (без вывода) формулу потенциала поля равномерно заряженной сферы. Пусть имеется сфера радиуса , равномерно заряженная зарядом . Тогда потенциал точки поля, расположенной на расстоянии центра сферы, равен

(точка нулевого потенциала выбрана на бесконечности).

Часто в задачах ЕГЭ по физике используется связь напряженности однородного электрического поля и разности потенциалов двух точек поля, лежащих на одной силовой линии. Для нахождения этой связи возьмем положительный пробный заряд , перенесем его из первой точки во вторую вдоль силовой линии и найдем работу, которую совершает при этом электрическое поле. Поскольку поле действует на заряд с постоянной силой , угол между перемещением и этой силой равен нулю (заряд движется вдоль силовой линии), поэтому работа сил поля равна , где — расстояние между исследуемыми точками. С другой стороны, по определению потенциала работа поля равна . Приравнивая эти работы, находим

Подчеркнем, что формула (18.9) справедлива только для однородного поля, а точки 1 и 2 должны лежать на одной силовой линии.

Рассмотрим теперь задачи.

Величина напряженности электрического поля, создаваемого точечным зарядом (задача 18.1.1), определяется формулой (18.2)

где (ответ 1).

Размерность напряженности электрического поля (задача 18.1.2) можно найти из связи напряженности поля и потенциала (см. формулу (18.9)). А поскольку размерность потенциала в международной системе единиц СИ – вольт, из формулы (18.9) имеем:

где квадратные скобки обозначают размерность (ответ 3).

Для определения напряженности поля используют пробный заряд (см. формулу (18.1)). Однако напряженность (18.1) ни от знака, ни от величины пробного заряда не зависят (задача 18.1.3). Это связано с тем, что сила в (18.1) линейно зависит от пробного заряда , и он сокращается в (18.1). Если взять пробный заряд отрицательным, то направление вектора числителе (18. 1) изменится по сравнению со случаем положительного пробного заряда, но отношение будет направлено противоположно вектору , т.е. направление вектора не изменится (ответ 4).

Для нахождения поля, созданного двумя точечными зарядами (задача 18.1.4), используем принцип суперпозиции. Напряженности полей, создаваемых в точке каждым зарядом в отдельности, показаны тонкими векторами и отмечены как и . Поскольку модули этих векторов равны, вектор их суммы направлен вертикально вниз (ответ 4).

По определению силовые линии — это такие воображаемые линии, касательные к которым в каждой точке совпадают по направлению с вектором напряженности в этой точке (задача 18.1.5 — ответ 4).

Поскольку силовые линии поля в задаче 18.1.6 направлены направо, то направо направлен и вектор напряженности в каждой точке. Поэтому направо будет направлен и вектор силы, действующий со стороны этого поля на положительные точечный заряд (ответ 2).

Поскольку все траектории движения заряда I, II и III в задаче 18.1.7 начинаются и заканчиваются в тех же точках, то работа поля над зарядом при его движении по всем трем траекториям одинакова (ответ 4).

Разность потенциалов двух точек однородного электрического поля (задача 18.1.8) найдем по формуле (18.9):

(ответ 1).

Поскольку вектор напряженности электрического поля в любой точке направлен от заряда, то силовые линии поля расходятся радиально, являясь везде прямыми (см.рисунок). Таким образом, правильный ответ в задаче 18.1.9 — 1.

По определению потенциала имеем для работы поля в задаче 18.1.10

(ответ 3).

Силовые линии электрического поля строятся так, что их густота пропорциональна величине поля: чем гуще силовые линии, тем больше величина напряженности. Поэтому в задаче 18.2.1 (ответ 2).

Рисунок в задаче 18.2.2 — тот же самый, что и в предыдущей задаче, однако логика получения ответа совсем другая. Чтобы сравнить потенциалы в точках 1 и 2 перенесем из первой точке во вторую положительный пробный заряд и найдем работу поля. Так как , и если работа положительна, то , если отрицательна — наоборот. Очевидно, работа поля при перемещении положительного заряда из точки 1 в точку 2 положительна. Действительно, стрелки на силовых линиях направлены вправо, следовательно, и сила, действующая на положительный заряд, направлена вправо, туда же направлен и вектор перемещения заряда, поэтому косинус угла между силой и перемещением положителен на всех элементарных участках траектории, поэтому положительна работа. Таким образом (ответ 1), причем этот результат является следствием направления стрелок на силовых линиях, а не переменной густоты силовых линий.

В задаче 18.2.3 используем формулу для потенциала поля точечного заряда. Поскольку потенциал поля обратно пропорционален расстоянию до заряда, создающего поле (см. формулу (18.7)),

(ответ 2). Другими словами, на втрое большем расстоянии от точечного заряда потенциал его поля втрое меньше.

Очевидно, искомая в задаче 18.2.4 точка, находится между зарядами. В этой точке величины напряженностей полей и , создаваемых каждым зарядом, должны быть равны (см. рисунок). Используя формулу (18.2), получаем

где . Отсюда находим (ответ 3).

Используя принцип суперпозиции для потенциалов и формулу для потенциала поля точечного заряда (18.7), получим для искомой точки (задача 18.2.5)

где . Отсюда находим (ответ 2).

Поскольку все заряды в задаче 18.2.6 одинаковы, то напряженность поля, созданного в центре квадрата каждой парой зарядов, лежащих на одной диагонали, равна нулю. Поэтому равна нулю и напряженность электрического поля, созданного всеми четырьмя зарядами (ответ 2).

В задачах 18.2.7 и 18.2.8 используем принцип суперпозиции. Векторы напряженности полей, создаваемых верхней и нижней пластинами и соответственно показаны на рисунках (левый рисунок относится к задаче 18.2.7, правый — к 18.2.8). Из этих рисунков следует, что в области II для задачи 18.2.7 и в областях I и III для задачи 18.2.8 векторы и направлены противоположно. А поскольку величина напряженности поля плоскости не зависит от расстояния до нее (формула (18.5)), а заряды плоскостей одинаковы по величине, напряженность суммарного поля в этих областях равна нулю.

Таким образом, правильный ответ в задаче 18.2.7 — 2, в задаче 18.2.8 — 3. Отметим, что полученный результат является приближенным и справедлив в пределе бесконечно больших пластин. Для конечных пластин поле в указанных областях будет малым, но отличным от нуля, причем величина поля будет наибольшей около краев пластин.

По принципу суперпозиции для потенциалов имеем (задача 18.2.9) . Если убрать либо первый, либо второй заряды, то потенциал в исследуемой точке станет равным соответственно или . Отсюда находим (ответ 2).

Согласно формуле (18.8) потенциал поля в любой точке внутри сферы равен потенциалу на ее поверхности

где . Поэтому правильный ответ в задаче 18.2.10 — 4.

«Из-за чего существует электромагнитное поле и электрический ток?» – Яндекс.Кью

Магнитное поле это следствие движения электрического заряда. Вокруг движущего заряда появляется вихревое магнитное поле, силовые линии которого имеют форму оружности, в цетре которой находится заряд. Обычно мы рассматриваем поток заряженных частиц, как в проводнике с током, в такой системе магнитное поле выглядит как на какртинке:

Векторы магнитного и электрического полей всегда ортогональны. По сути эти два поля: электрическое и магнитное следствие одного и того же взаимодействия — электромагнитного. Если рассмотреть электромагнитную волну, то она состоит из двух ортогональных волн: электрической и магнитной:

У каждого взаимодействия есть переносчик, в нашем случае это фотон. То есть, если два тела взаимодействующих тела заряжены или намагничены, то взаимодействие осуществляется за счет фотонов — безмассовых частиц без заряда, движущихся со скоростью света. Я не буду рассказывать, как фотоны взаимодействуют с виртуальными заряженными частицами: электронами и позитронами, это очень большая тема, в которой я не специалист. Но теория это подтверждает и мы видим проявления взаимодействия на практике.

Электрический ток — это движение заряженных частиц. Чтобы он возник, очевидно, нужен один «резервуар» с зарядами и второй «резервуар», в который эти заряды будут выливаться из проводника-трубопровода. Обычно роль обоих резервуаров выполняет источник питания, в котором на одной клеме имеется избыток электронов, а на второй — их недостаток, то есть противоположный заряд. Как мы все знаем, отрицательно заряженные электроны вынуждены двигаться по металлическому проводнику (который для свободных электронов выступает в роли трубы) в сторону положительного заряда (разноименные заряды притягиваются), и пока сохраняется разность потенциалов ток течёт.

Да, резонно может возникнуть вопрос: почему навстречу электронам не могут течь положительные заряды и остановить ток? Это так не работает. Во-первых, в проводнике двигаться могут только электроны, а во вторых недостаток электронов на положительной клеме и порождает положительный заряд. А вот в солевом растворе совершенно нормально уживаются два противоположных тока положительно заряженных ионов и отрицательно заряженных ионов.

Приложение 2. Термины и определения / КонсультантПлюс

КонсультантПлюс: примечание.

Приложение на регистрацию в Минюст России не представлялось.

Приложение 2

(справочное)

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

1. Рабочее место — место постоянного или временного пребывания работающего в процессе трудовой деятельности (ГОСТ 12. 1.005-88).

2. Персонал (работающие) — лица, профессионально связанные с обслуживанием или работой в условиях воздействия ЭМП.

3. Предельно допустимые уровни (ПДУ) — уровни ЭМП, воздействие которых при работе установленной продолжительности в течение трудового дня не вызывает у работающих заболеваний или отклонений в состоянии здоровья в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующего поколения.

4. Геомагнитное поле — постоянное магнитное поле Земли. Гипогеомагнитное поле (ГГМП) — ослабленное геомагнитное поле внутри помещения (экранированные помещения, подземные сооружения).

5. Магнитное поле (МП) — одна из форм электромагнитного поля, создается движущимися электрическим зарядами и спиновыми магнитными моментами атомных носителей магнетизма (электронов, протонов и др.).

6. Электростатическое поле (ЭСП) — электрическое поле неподвижных электрических зарядов (электрогазоочистка, электростатическая сепарация руд и материалов, электроворсование, энергетические установки постоянного тока, изготовление и эксплуатация полупроводниковых приборов и микросхем, обработка полимерных материалов, изготовление изделий из них, эксплуатация вычислительной и множительной техники и др. ).

7. Постоянное магнитное поле (ПМП) — поле, генерируемое постоянным током (постоянные магниты, электромагниты, сильноточные системы постоянного тока, реакторы термоядерного синтеза, магнитогидродинамические генераторы, сверхпроводящие магнитные системы и генераторы, производство алюминия, магнитов и магнитных материалов, установки ядерного магнитного резонанса, электронного парамагнитного резонанса, физиотерапевтические аппараты).

8. Электрическое поле (ЭП) — частная форма проявления электромагнитного поля; создается электрическими зарядами или переменным магнитным полем и характеризуется напряженностью.

9. Электромагнитное поле (ЭМП) — особая форма материи. Посредством ЭМП осуществляется взаимодействие между заряженными частицами.

10. Электромагнитное поле промышленной частоты (ЭМП ПЧ) /50 Гц/ (электроустановки переменного тока /линии электропередачи, распределительные устройства, их составные части/, электросварочное оборудование, физиотерапевтические аппараты, высоковольтное электрооборудование промышленного, научного и медицинского назначения).

11. Электромагнитное поле радиочастотного диапазона 10 кГц — 300 ГГц (ЭМП РЧ) (неэкранированные блоки генерирующих установок, антенно-фидерные системы радиолокационных станций, радио- и телерадиостанций, в т.ч. систем подвижной радиосвязи, физиотерапевтические аппараты и пр.).

12. Экранированное помещение (объект) — производственное помещение, конструкция которого приводит к изоляции внутренней электромагнитной среды от внешней (в т.ч. помещение, выполненное по специальному проекту, и подземные сооружения).

13. Электрическая сеть — совокупность подстанций, распределительных устройств и соединяющих их линий электропередачи: предназначена для передачи и распределения электрической энергии.

14. Электроустановка — совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенная для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования ее в другой вид энергии.

15. Воздушная линия электропередачи (ВЛ) — устройство для передачи электроэнергии по проводам, расположенным на открытом воздухе и прикрепленным при помощи изоляторов и арматуры к опорам или кронштейнам и стойкам.

Открыть полный текст документа

Теория электромагнитного поля — урок. Физика, 9 класс.

В \(1820\) году Х. Эрстед провёл опыт, доказывающий, что электрический ток порождает магнитное поле. Фарадей своими опытами доказал, что всякое изменение во времени магнитного поля порождает переменный индукционный ток в замкнутом проводнике. Но электрический ток возникает только при наличии электрического поля.

Появилось много вопросов:

• имеют ли различия поля, которые созданы подвижным и покоящимся электрическими зарядами?
• Существует ли поле исключительно в проводнике или возникает и в пространстве вокруг него?
• Имеет ли значение замкнутый проводник, по которому течёт ток, для возникновения поля?

Английский физик и математик шотландского происхождения Джеймс Клерк Максвелл в \(1865\) году смог ответить на данные вопросы, когда создал теорию электромагнитного поля. Учёный изложил теорию в своём основном труде «Трактат по электричеству и магнетизму».

Рисунок \(1\). Джеймс Клерк Максвелл

Теория Максвелла объясняла появление индукционного тока в контуре под воздействием изменяющегося магнитного потока, пронизывающего его. Переменное магнитное поле порождало вихревое электрическое поле, которое и заставляло упорядоченно двигаться в одном направлении свободные заряды, имеющиеся в проводнике. Наличие электрического тока фиксировалось гальванометром. Таким образом, проводник являлся индикатором, который позволил обнаружить наличие электрического поля.

Обрати внимание!

Электрическое поле существует в пространстве независимо от наличия проводника.

Вокруг неподвижного заряда создаётся только электрическое поле. Но заряд, находящийся в покое относительно одной системы, может находиться в движении относительно других систем, и значит, порождать магнитное поле.

Если магнит лежит на столе, то вокруг него возникает только магнитное поле. Но наблюдатель, движущийся относительно стола, зафиксирует и электрическое поле.
 
Поэтому утверждение о существовании электрического или магнитного полей в заданной точке имеет смысл только при указании системы отсчёта, относительно которой они рассматриваются. Оба поля являются проявлением единого электромагнитного поля.

Электромагнитное поле — это совокупность неразрывно связанных между собой переменных электрического и магнитного полей.

Источники:

Рисунок 1. Джеймс Клерк Максвелл

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/57/James_Clerk_Maxwell.png/274px-James_Clerk_Maxwell.png

Электрическое поле создается диполем, показанным на рисунке. Направление вектора градиента потенциала в точке А указывает стрелка

Описание заказа и 38% решения ( + фото):

Электрическое поле создается диполем, показанным на рисунке. Направление вектора градиента потенциала в точке А указывает стрелка..

Напряженность электрического поля – это силовая характеристика, определяемая силой, действующей на единичный точечный положительный заряд, помещенный в данную точку поля: . Для того чтобы определить направление вектора напряженности, надо в данную точку поля (точку наблюдения) поместить воображаемый единичный положительный заряд, тогда вектор силы, действующий на него, укажет направление вектора напряженности. Следовательно, со стороны заряда  на пробный заряд , помещенный в точку , будет действовать сила отталкивания, и вектор напряженности  будет иметь направление , а со стороны отрицательного заряда – будет действовать сила притяжения, и вектор  будет иметь направление . Результирующая напряженность находится по принципу суперпозиции:  . В скалярной форме: . Модуль вектора напряженности электрического поля точечного заряда равен:  , где  – коэффициент пропорциональности;  – расстояние от точечного заряда до точки наблюдения. Так как расстояние от заряда  до точки  в  раза , чем от заряда 

Похожие готовые решения по физике:

• По двум однородным цилиндрам одинаковой длины, но разного сечения, изготовленными из одинакового материала, течет постоянный ток. Что можно сказать
• Реостат сопротивлением 10 Ом подключен к источнику тока с внутренним сопротивлением 1 Ом, как показано на рисунке. Если движок реостата перемещать
• На рисунке представлена часть электрической схемы, для которой известны только некоторые параметры: 𝑅1 = 4 Ом, 𝑅2 = 1 Ом, а источник 𝜀1 = 5 В и имеет нулевое
• По проводу сопротивлением 𝑅1 = 5 Ом течет переменный электрический ток. Сила тока изменяется по закону 𝐼 = 2√𝑡 5. Чему равно количество теплоты, выделившейся
• Электрон влетает в область пространства с электрическим и магнитным полями вдоль оси OZ. Вектор индукции магнитного поля B также направлен вдоль
• Напряженность электростатического поля задается формулой 𝐸⃗ = 𝑖 𝑥 + 𝑗 2𝑥 2 . Используя теорему Гаусса в дифференциальной форме, найдите объемную плотность
• Электрическое поле создано точечными зарядами q1 и q2. Если q1 = −q, q2 = −q, точка С находится на расстоянии a от заряда q1 и на расстоянии 2a от q2, то вектор
• Дана система точечных зарядов в вакууме и замкнутые поверхности S1, S2, S3. Поток вектора напряженности электростатического поля равен нулю через

Электростатическое поле — обзор

27.4 Форма капли

Влияние электростатического поля на форму капли — хорошо известное явление, когда капля вытягивается вдоль направления поля, как показано на рис. 27.6. В 1882 году лорд Рэлей начал исследование взаимодействия зарядов и электрических полей на каплях жидкости. Он теоретически вывел критическое количество зарядов, необходимое для дестабилизации изолированной сферической капли с поверхностным зарядом. Его работа вдохновила начало электрогидродинамики (Melcher and Taylor, 1969).

За последние три десятилетия форма и устойчивость сидячих капель под действием электрических полей исследовались во многих работах. Розенкильде (1969) исследовал равновесие и устойчивость несжимаемой диэлектрической капли, находящейся в однородном электрическом поле. Считая каплю эллипсоидальной, он предложил связь между равновесной деформацией, напряженностью электрического поля, размерами капли и поверхностным натяжением. Также была представлена ​​причина нестабильности для высоких диэлектрических проницаемостей флюидов (Rosenkilde, 1969).

Миксис (1981) предложил численную модель для расчета формы осесимметричной капли в постоянном электрическом поле, что дало хорошее согласие с экспериментами. Его результаты показывают критическое значение диэлектрической проницаемости, при котором капли удлиняются и сохраняют свою первоначальную сфероидальную форму. Выше этого критического значения капля приобретала коническую форму.

В своих численных работах Basaran и Wohlhuter (Wohlhuter and Basaran, 1992; Basaran and Wohlhuter, 1992) рассчитали форму и устойчивость осесимметричных висячих и сидячих капель или пузырьков, учитывая, что линия контакта фиксирована или задана. Их первые расчеты основывались на предположении, что проводящие капли являются линейно поляризуемыми материалами (Wohlhuter and Basaran, 1992). Равновесная форма и устойчивость капель определяются одновременным решением уравнений Лапласа и Юнга–Лапласа. Исследование, учитывающее нелинейную поляризацию капель, было проведено путем замены уравнения Максвелла уравнением Лапласа (Basaran and Wohlhuter, 1992). Их расчеты показали важность изменения расстояния между пластинчатыми конденсаторами, которое влияет на напряженность электрического поля и размер капель.

Резник и др. (2004) выделили три сценария эволюции формы капель в сильных электрических полях, определяемых значениями электрического числа Бонда и основанных на численном решении уравнений Стокса. В слабом электрическом поле капли подвергаются напряжениям Максвелла и имеют стационарную форму. В сильных электрических полях и при малых статических краевых углах капли приобретают коническую форму и начинается струйное распыление с кончика капли. Финальный сценарий соответствует отрыву почти целой капли (т.е., явление капания), возникающее в результате сильного электрического поля и краевого угла, превышающего критическое значение. Численная модель хорошо согласовывалась с экспериментальными результатами для полимерных капель (Резник и др., 2004).

Батени и др. (2004; 2005a,b) основывали свою методологию ADSA-EF на предположении об осесимметричной форме капли. ADSA-EF можно использовать для измерения поверхностного натяжения капли в электрическом поле с эффектом гравитации и без него. Из уравнения Юнга-Лапласа, описываемого уравнением(27.2) они рассматривали электрическое давление Δ P _e , которое зависит от диэлектрической проницаемости жидкостей, напряженности и направления электрического поля следующим образом:

(27.11)ΔPe=12[ε0En(g )2−ε0(εr−1)Et2]

где E _t и E _n — соответственно тангенциальная и нормальная составляющие электрического поля на поверхности капли, а верхние индексы l и g относятся к капельной жидкости и окружающей жидкости, видимой как воздух, соответственно. Когда капля является проводящей жидкостью, внутри капли отсутствует электрическое поле, и уравнение Юнга–Лапласа упрощается как

Из уравнения. (27.12) и модуля электростатического поля они численно предсказали форму капли с помощью итерационной схемы, как показано на рис. 27.5.

Рисунок 27.5. Прогнозирование формы капли с помощью итерационных расчетов (Bateni et al., 2004).

Ди Марко и др. (2013) оценили электрическую силу, действующую на поверхность раздела неподвижной капли этанола, и сравнили экспериментальные результаты с теоретической моделью, основанной на равновесном действии неподвижной капли с учетом электрического поля и гравитации.Экспериментальная установка состоит из плоской алюминиевой пластины, снабженной отверстием для ввода капель. Пластина электрически заземлена и покрыта тефлоновым слоем. Электрод из нержавеющей стали в форме шайбы размером 4 мм × 15 мм уложен параллельно пластине на расстоянии 6 мм и подключен к положительному полюсу источника высокого напряжения, который может обеспечить до 8 кВ постоянного тока. Результирующее электрическое поле в резонаторе имеет среднюю напряженность 13,3×10 ³ В см ^-1 . Форма полученных капель показана на рисунке 27.6. Капли, подвергнутые воздействию электрического поля, вытягиваются в направлении электрического поля из-за изменения кривизны границы раздела локальным электрическим напряжением, как сообщалось ранее. Контактный угол и кривизна на вершине капли увеличиваются с увеличением напряженности электрического поля.

Рисунок 27.6. Форма капли этанола при различной напряженности электрического поля (Di Marco et al., 2013).

Профиль капель и их геометрические параметры (угол контакта, размеры капель и объем) обрабатываются специальным программным обеспечением для обработки изображений, которое может идентифицировать и интерполировать профиль капель.Эти измерения позволяют оценить результирующие силы, действующие на каплю из-за веса, адгезии и внутреннего давления. В отсутствие электрического поля экспериментальные значения силы, действующей на каплю, хорошо согласуются с теоретическими предсказаниями, что подтверждает правильность метода. Следовательно, при наличии электрического поля результирующую электрическую силу, действующую на каплю, можно оценить по разнице и сравнить с теоретическими моделями.

3. Электрическое поле — LibreTexts по физике

Другой способ определить электрическую силу — использовать модель поля.С этого момента мы будем использовать модель поля чаще, чем прямую модель. В полевой модели мы анализируем взаимодействие между двумя зарядами в два этапа: \[\text{Заряд 1} \xrightarrow{\text{создает поле}} \mathbf{E} \xrightarrow{\text{прилагает силу}} \text{Заряд 2}\]То есть, вместо непосредственного вычисления силы, которую Заряд 1 оказывает на Заряд 2, мы думаем о том, что Заряд 1 создает электрическое поле (\mathbf{E}\), которое оказывает силу на Заряд 2. Как только мы определили электрическое поле, создаваемое зарядом источника, мы можем его игнорировать; мы можем определить силу, действующую на пробный заряд целиком из поля \(\mathbf{E}\).

Как и гравитационное поле \(\mathbf{g}\), электрическое поле \(\mathbf{E}\) существует во всех точках пространства и может меняться или не меняться со временем. Чтобы определить \(\mathbf{E}\) для всего пространства, вы должны знать как величину, так и направление \(\mathbf{E}\) во всех точках. Свойство наличия как величины, так и направления в каждой точке означает, что \(\mathbf{E}\) является векторным полем. Мы можем представить эти свойства либо векторами поля, либо линиями поля (подробнее об этом ниже).

Определение поля, создаваемого исходным зарядом, не требует использования тестового заряда ни в какой емкости.Точно так же определение силы, создаваемой полем, не связано с исходным зарядом. На этом этапе мы больше не рассматриваем заряд источника, а вместо этого рассматриваем поле, создаваемое зарядом источника. В прямой модели мы рассматриваем взаимодействие между двумя зарядами напрямую. В полевой модели мы рассматриваем каждый заряд на отдельном шаге.

Теперь, когда мы определили понятия электрических полей и сил, давайте более точно изучим взаимосвязь между ними. Ранее мы определили, что электрическая сила может быть рассчитана по формуле: \[|\mathbf{F}_{\text{electric} Q \text{on} q}| = \dfrac{kQq}{r^2}\]Определяя наше электрическое поле, мы должны гарантировать, что поле не зависит от пробного заряда. 2| \\ \text{Направление} & \text{в направлении} -Q \text{; вдали от } +Q \end{cases}\] Единицы измерения электрического поля: ньютонов на кулонов (N/C). Существуют и другие эквивалентные единицы, такие как Вольт на метр (В/м), которые мы увидим позже.

Величина поля \(\mathbf{E}\) является абсолютной величиной — это просто длина вектора. Направление электрического поля в любой точке указывает направление, в котором положительных зарядов почувствовали бы электрическую силу. Отрицательный заряд испытывает силу в направлении , противоположном направлению электрического поля.Как следствие этого соглашения, положительные заряды, отталкивающие другие положительные заряды, говорят нам о том, что электрическое поле начинается с при положительном заряде и направлено в сторону. Отрицательный заряд будет притягивать положительный заряд, поэтому отрицательные заряды создают электрические поля, направленные внутрь; электрическое поле заканчивается на отрицательных зарядах. Полное электрическое поле получается путем объединения электрических полей всех исходных частиц и их наложения.

Чтобы определить силу электрического взаимодействия, умножьте поле \(\mathbf{E}\) на величину пробного заряда: \[\mathbf{F}_{\text{field on} q} =q \ mathbf{E}\]Единицы хорошо работают, чтобы дать ньютоны, ожидаемые единицы силы.2} \right|\] Это просто прямая модель электрических сил. Это хороший результат, что мы математически получаем один и тот же ответ для величины силы на \(q\), используя либо прямой, либо полевой метод.

Пример № 1

В прямой модели силы мы обнаружили, что сила притягивает, когда заряды разных знаков, и отталкивает, если заряды одинаковы. Как мы можем использовать электрическое поле для определения направления силы?

Решение

Мы знаем, что положительные заряды создают электрические поля, направленные наружу во всех направлениях пространства.Если мы поместим в поле второй положительный заряд, у нас будет сила отталкивания, которая также направлена ​​в сторону от исходного заряда:

Если вместо этого мы поместим отрицательный заряд в поле, мы обнаружим силу притяжения, которая указывает на исходный заряд в направлении, противоположном полю:

По крайней мере, в случае двух зарядов в пространстве мы находим, что сила направлена ​​в том же направлении, что и поле для положительных исходных зарядов, и противоположно полю для отрицательных зарядов.

Оказывается, взаимосвязь между силой и направлением поля, изученная в предыдущем примере, обобщает. Какой бы сложной ни была конфигурация заряда, зная направление электрического поля, мы легко можем определить направление электрической силы. \[\mathbf{F}_{\text{поля на заряде} q} = \begin{cases} \text{величина} & = q|\mathbf{E}| \\ \text{Направление} & = \text{ вдоль } \mathbf{E} \text{ вектор поля для } +q \text{; напротив } \mathbf{E} \text{ вектор поля для } -q \end{cases}\]

Прежде чем продолжить, мы должны сделать небольшую паузу.Мы предоставили уравнение для расчета электрического поля, создаваемого одиночным зарядом. Если мы хотим найти электрическое поле, создаваемое двумя зарядами в определенном месте в пространстве, мы знаем, что можем использовать принцип суперпозиции для сложения различных полей в этом конкретном месте. Обратите внимание, что мы должны добавить поля как векторы; простое добавление величин полей неверно (в зависимости от ориентации добавление двух полей с одинаковой величиной может привести к нулевому чистому полю, удвоению отдельных полей или чему-то промежуточному). 2\) является результатом, применимым индивидуально к точечным или сферическим зарядам.

До сих пор мы исследовали три способа представления полей. В этом разделе мы расширим два из этих представлений для случая электрических полей: векторная карта и карта линий поля .

Векторная карта

Как мы узнали из раздела Что такое поля?, чтобы создать карту электрического поля, окружающего заряд источника \(Q\), мы должны оценить величину и направление вектора электрического поля в различных точках, расположенных на равном расстоянии друг от друга на сетке, окружающей источник заряда. источник заряда, но даже это может оказаться непростой задачей (два примера ниже)! Вам должно быть удобно называть эту «карту» векторов электрического поля «\(mathbf{E}\) полем.Некоторые очень длинные \(\text{E}\) векторы (т.е. векторы в точках, очень близких к заряду \(Q\)) были опущены для ясности. Одним из преимуществ представления векторной карты является то, что оно выделяет векторы полей в четко определенных точках пространства. Сравните приведенные ниже карты с картами для гравитационных полей, полученными ранее.

Линии поля

Второй способ представления электрического поля — это линии поля, которые могут упростить рисование. Как мы установили, создайте линии поля, соединяя векторы поля вместе.Линии электрического поля всегда начинаются с положительного заряда и заканчиваются отрицательным зарядом (или начинаются/заканчиваются в бесконечности, как для гравитационных полей). Направление вектора поля можно определить по силовой линии; вектор поля касается линии поля (см. схему). (диаграмма, показывающая сложную карту линий поля, показывающую несколько типовых векторов поля).

Пример № 2

Объясните, как можно определить напряженность электрического поля, используя a) представление векторной карты и b) представление линий поля.Вы можете найти взаимосвязи между векторными представлениями полезными.

Решение

a) В представлении векторной карты вектор поля предоставляется во многих точках выборки по всему региону. Найдите векторы поля, ближайшие к месту интереса. Интерполируйте эти векторы, чтобы получить приблизительный вектор для вашего положения.

Длина векторов указывает величину электрического поля в соответствующих положениях. Обратите внимание, что фактический масштаб векторов несколько произволен и выбран для ясности (т.е. 1 см на карте равен 10 N/C? Или 1000 N/C?) Фактическую величину поля \(\mathbf{E}\) можно определить по шкале, но мы можем определить относительную силу поля по относительным длинам векторов на карте.

b) В представлении силовых линий плотность силовых линий определяет напряженность электрического поля. Найдите точку интереса и посмотрите, сколько линий поля находится поблизости. Рассмотрите возможность размещения четвертака на бумаге в этой точке.Сколько линий занимает ваш квартал? Как это соотносится с тем, сколько строк занял бы ваш квартал в другом месте страницы? Подобно векторной карте, можно определить относительную напряженность поля (по плотности линий), но невозможно определить фактическую величину только по представлению силовых линий.

Пример № 3

В двух предыдущих примерах (здесь и здесь) вы построили карту векторного поля и карту силовых линий для гравитационного поля, создаваемого двумя сферическими шарами одинаковой массы.Теперь предположим, что каждый шар несет суммарный заряд и что электрическое поле, которое они генерируют, может быть представлено точно такими же картами. Определить знаки зарядов.

Решение

Глядя на карту линий поля (приведенную ниже), видно, что линии поля заканчиваются на зарядах. Линии поля заканчиваются на отрицательных зарядах, поэтому каждый заряженный шар должен нести отрицательных зарядов.

Практика

Приведенная ниже симуляция позволяет зафиксировать положительные и отрицательные заряды в предоставленном пространстве.Поместите несколько зарядов и проверьте, как поле \(\mathbf{E}\) реагирует на различные варианты расположения зарядов. Попробуйте сконцентрировать заряды или распределить их. Посмотрите на поле \(\mathbf{E}\) рядом с зарядами или далеко. Основываясь на том, что вы узнали в этом разделе, попытайтесь спрогнозировать различные способы изменения поля \(\mathbf{E}\). Вернитесь к этой симуляции после прочтения «Электрический потенциал».

Глоссарий: Электрическое поле

ABC — DEF — GHI — JKL — MNO — PQRS — TUV — WXYZ

Языки: Deutsch [de]English [en]Español [es]Français [fr]

Electric field

Определение:

Электрическое поле — это невидимое силовое поле, создаваемое притяжением и
отталкивание электрических зарядов (причина электрического тока) и измеряется в
Вольт на метр (В/м).

Напряженность электрического поля уменьшается по мере удаления от поля
источник.

Статическое электрическое поле (также называемое электростатическим полем)
электрическое поле, не изменяющееся во времени (частота 0 Гц). Статическое электричество
поля создаются электрическими зарядами, фиксированными в пространстве. Они есть
отличается от полей, которые меняются со временем, например электромагнитных полей.
генерируется приборами, использующими переменный ток (AC), или мобильными телефонами и т. д.

Источник: GreenFacts

Подробнее:

Когда прикроватная лампа включена в розетку, т.е. подключена к электрической сети
через розетку есть только электрическое поле. Электрическое поле может быть
по сравнению с давлением внутри шланга, когда он подключен к воде
система подачи и кран закрыт. Электрическое поле связано с напряжением
единицей которого является вольт.Он возникает при наличии электрических зарядов и
измеряется в вольтах на метр (В/м). Чем больше мощность источника
прибора, тем больше напряженность результирующего электрического поля.

При включении лампы, т.е. при протекании тока через
В кабеле питания есть как электрическое, так и магнитное поле. То
магнитное поле возникает в результате прохождения тока (т.е. движения
электроны) по электрическому проводу. В примере со шлангом
магнитное поле соответствовало бы прохождению воды по трубе. То
единицей поля магнитной индукции является Тесла (Тл). Тем не менее, магнитный
поля, которые обычно измеряются, находятся в диапазоне микротесла (мкТл)
то есть одна миллионная Теслы. Иногда используется еще одна единица измерения.
Гаусс (G). Один Гаусс равен 100 микротесла.

В выключенном состоянии (слева): электрическое поле

При включении (справа): электрическое и магнитное поле

Источник:
ББЭМГ
Электрическое поле и магнитное
поле

Перевод(ы):

Deutsch: Elektrisches Feld
Español: Campo eléctrico
Français : Champ électrique

ABC — DEF — GHI — JKL — MNO — PQRS — TUV — WXYcom: Электричество и магнетизм: электрические поля

Ученые поняли, почему силы действуют так, как они действуют, когда объекты соприкасаются. Их смущала идея о силах, которые действуют на расстоянии, не касаясь друг друга. Подумайте о таких примерах, как гравитационная сила, электрическая сила и магнитная сила. Чтобы помочь им объяснить, что происходит, они использовали идею « поле ». Они представляли, что вокруг объекта есть область, и все, что войдет, почувствует силу.Мы говорим, например, что Луна имеет вокруг себя гравитационное поле , и если вы приблизитесь к Луне, оно притянет вас к ее поверхности.

Электрическое поле описывает напуганную область вблизи любого электрически заряженного объекта. Ученые не используют слово «фанки», но это работает. Его также можно назвать электростатическим полем . Любой другой заряд, попадающий в эту область, будет ощущать силу, и исходный объект также будет ощущать эту силу (третий закон Ньютона). Это как паук, сидящий в центре паутины.

Нормальное поле представляет собой вектор и представлено стрелками. Гравитационное поле Земли (или любой планеты) будет изображено в виде стрелок, указывающих на землю. Вектор поля показывает направление воздействия на объект, попадающий в поле. Гравитация действует вниз.

С электрическим полем дело обстоит немного сложнее, так как есть два вида зарядов, и одни комбинации притягивают , а другие отталкивают . Чтобы быть в согласии друг с другом, физики решили, что всегда будут использовать положительные заряды для определения направления действия поля.Итак, если центральный заряд был положительным, и вы поместили рядом с ним другой положительный заряд, этот второй заряд оттолкнется наружу. Таким образом, векторы поля для центрального положительного заряда направлены наружу. Если центральный заряд отрицателен, положительный заряд, расположенный поблизости, будет притягиваться к центральному заряду, поэтому векторы поля для центрального отрицательного заряда указывают внутрь.

Поскольку поля напрямую связаны с силами, которые они оказывают, их сила уменьшается с расстоянием и увеличивается с размером заряда, создающего поле.Когда вы кладете заряды рядом друг с другом, их поля взаимодействуют и меняют форму. Это приводит к изменениям PE объектов и создает силы отталкивания или притяжения.

Электрические поля также могут создаваться магнитными полями. Магнетизм и электричество всегда связаны. Мы поговорим о магнитных полях в следующем разделе.

Или поищите на сайтах по конкретной теме.

Электрические поля

Электрические поля

Далее: Примеры работы
Вверх: Электричество
Предыдущий: Закон Кулона

По закону Кулона заряд действует на второй заряд с силой
а наоборот , даже в вакууме.Но как эта сила
передается через пустое пространство? Чтобы ответить на этот вопрос, физики
19-го века
разработал концепцию электрического поля . Идея заключается в следующем. То
заряд создает электрическое поле
который заполняет пространство.
Электростатическая сила, действующая на второй заряд, фактически создается локально
электрическое поле в месте расположения этого заряда в соответствии с законом Кулона. Точно так же заряд генерирует свой
собственное электрическое поле
который также заполняет пространство.Равная и противоположная реакция
сила, действующая на объект, создается локально электрическим полем в
положение этого заряда, опять же, в соответствии с законом Кулона. Конечно, электрическое поле.
не может воздействовать на заряд, который его генерирует,
точно так же, как мы не можем подняться собственными шнурками. Между прочим, электрические поля имеют реальное физическое существование, а не просто теоретические конструкции, придуманные физиками, чтобы обойти
проблема передачи электростатического
сил через вакуум.Мы можем сказать это с уверенностью, потому что, как мы увидим позже, существует энергии
связан с
электрическое поле, заполняющее пространство. Действительно, эту энергию можно преобразовать в
тепло или работа, и наоборот .

Электрическое поле
генерируемое набором фиксированных электрических зарядов, представляет собой векторное поле, которое определяется следующим образом.
Если
представляет собой электростатическую силу, испытываемую некоторыми небольшими положительными
пробный заряд, находящийся в определенной точке пространства, то электрическое поле при
эта точка представляет собой просто силу, деленную на величину испытания
обвинение.Другими словами,

Электрическое поле имеет размерность силы на единицу заряда, и
единиц ньютонов на кулон (
). Кстати, причина
что мы указываем маленькое, а не большое,
тестовый заряд, чтобы не мешать любому из
фиксированные платежи
которые генерируют электрическое поле.

Воспользуемся приведенным выше правилом для восстановления электрического поля, создаваемого
точечный заряд. По закону Кулона электростатическая сила
Воздействие точечного заряда на положительный пробный заряд, расположенный на расстоянии
от него имеет величину

и направлен радиально от бывшего заряда, если , и радиально
к нему, если . Таким образом, электрическое поле на расстоянии
вдали от заряда имеет величину

и направлен радиально от заряда, если , и радиально навстречу
плата, если . Заметим, что поле не зависит от величины
испытательного заряда.

Следствием приведенного выше определения электрического поля является то, что стационарный заряд
находящийся в электрическом поле испытывает электростатическую силу

где электрическое поле в месте расположения заряда
(без учета поля, создаваемого самим зарядом).

Поскольку электростатические силы суперпозитивны, то и электрические поля суперпозитивны.
Например, если у нас есть три стационарных
точечные заряды , , и , расположенные в трех разных точках пространства,
тогда чистое электрическое поле, которое заполняет пространство, представляет собой просто векторную сумму полей, создаваемых
каждым точечным зарядом, взятым отдельно.

Далее: Примеры работы
Вверх: Электричество
Предыдущий: Закон Кулона