Что такое электрическое поле и какими свойствами оно обладает

Что такое электрическое поле?

Когда мы рождаемся и начинаем изучать мир, то все приучаемся делать руками и ногами. То есть это наш метод контакта со средой — прямой и непосредственный. Берем предметы, открываем двери, наводим порядок, преодолеваем препятствия.

Разумеется, того же самого ожидаем обычно и от всего окружающего. А если заметим, как нечто воздействует на что-то другое на расстоянии, то обычно можем представить некие ниточки, невидимые, но которые могут тянуть и передвигать предметы.

Как это делают фокусники в каких-то своих трюках.

Электрическое поле

Невидимые ниточки действуют на зрителей магически, и все неизвестные взаимодействия легче и нагляднее всего нарисовать именно в виде таких тонких ниточек. Рисуют обычно на бумаге, а так как ниточки могут уходить довольно далеко, сразу представляешь широкое бумажном поле. И, кстати, сама природа в этом иногда помогает.

Потому что магнитные опилки, насыпанные на бумажное «поле», сразу сами «в затылок друг другу» и выстраиваются ниточками, стоит только поднести магнит к листу с нижней стороны. И вот уже видим на бумажном поле нерукотворный рисунок поля магнитного. Красота и восхищение любого мальчишки, который первый раз увидел такие ожившие железные опилки.

Действие магнитаДействие магнита

С действием магнита люди познакомились уже давно. А вот чтобы понять основные свойства электрического поля, надо было придумать еще и его носителей. Что такое электрическое поле, если сделать картинку, как с магнитами и опилками, нельзя.

Обратите внимание

Нет таких опилок, и электрические заряды не так удобны в обращении, как твердые магниты: стоит только чуть приблизить друг к другу два разноименно зараженных тела, как происходит разряд, и весь эксперимент закончится на самом интересном месте.

Поэтому додумались нарисовать электрический  единичный заряд, вокруг которого электрическое поле создается. Он похож на одинокий полюс магнита, поле действует в любом направлении, и сила электрического поля, им созданного, убывает с расстоянием.

А где-то в бесконечном отдалении от него рисуется и второй полюс, в котором те же самые линии должны сходиться.

Взаимодействие

Это прямо следует из опытов, которые проводили первооткрыватели электрических явлений и законов. И ведь измерить тогда, не зная ни законов, ни формул, можно было мало что.

Только расстояния между зарядами и силу их взаимодействия на шкале по отклонению крутильных весов при воздействии их друг на друга. Ну и относительную величину заряда.

Скорее всего, один заряд был основной, другой — пробный.

И поле, окружавшее основной заряд, изучалось в разных точках с помощью этого пробного заряда.

Если основное тело зарядить больше, то и поле станет сильнее, и это можно замерить на крутильных весах. То есть металлический шарик, который был «пробным» зарядом, играл роль заряженной частицы, поведение которой в поле основного заряда и изучалось.

Измерения позволили связать несколько величин, характеризующих электрическое взаимодействие, формулами.

Закон Кулона

Закон воздействия друг на друга электрических зарядов оказался подобен гениальному закону всемирного притяжения Ньютона.

Формула закона Кулона

Только массы надо заменить на величины электрических зарядов, а вместо гравитационной постоянной поставить коэффициент k. Знак зарядов внес тоже своеобразие. Если всемирное тяготение всегда только притягивает тела друг к другу, то электрические заряды могут как притягиваться друг к другу (разноименные), так и отталкиваться друг от друга (одноименные).

Формула

Если факт притяжения или отталкивания определять в формуле знаками зарядов (+ или – ), то F положительное будет означать отталкивание зарядов, а F отрицательное — притяжение.

Напряженность электростатического поля

Электростатическое поле — это поле неподвижных электрических зарядов. Или зарядов, движущихся с настолько малыми скоростями, что можно пренебречь силами, дополнительно возникающими при перемещении зарядов в электрическом поле.

Для изучения электростатического поля удобна векторная форма закона Кулона.

Векторная форма закона Кулона

Главной характеристикой электростатического поля является величина напряженности поля. Как и кулоновская сила, это величина векторная, и определяется силой, действующей на пробный заряд q.

Формула величины напряженности поля

Как видим, это действительно характеристика поля, которая дает полное определение электрического поля, создаваемого зарядами, хотя нет привязки ни к зарядам, породившим поле, ни к расстояниям между зарядами.

А разделив силу Кулона на величину пробного заряда q, мы нормировали напряженность, освободили ее и от самого этого пробного заряда. Теперь это просто векторная характеристика некоторого поля в пространстве, имеющая в каждой точке величину и направление.

Удобнее всего электрическое поле и его свойства представляются наглядно силовыми линиями, касательные к которым в каждой точке и дают вектор напряженности, а величина напряженности (модуль вектора напряженности) изображается густотой этих линий.

Важно

И мы видим, что вблизи заряда густота линий больше, следовательно, и напряженность поля около заряда высокая, а по мере увеличения расстояния от заряда напряженность поля падает, что видно и по уменьшению густоты силовых линий — они расходятся.  

Векторная характеристика поля

Простая картина получается, когда величина пробного заряда, которым исследуется поле, не влияет на карту напряженности поля от исследуемого заряженного тела.

А это будет только тогда, когда пробный заряд значительно меньше заряда тела.

Если же внести в поле одного заряженного тела другое заряженное тело, их взаимодействие способно создать новые картины силовых линий.

Когда знаки двух зарядов разные, то поле становится полем притяжения зарядовКогда знаки зарядов одинаковые, то это поле отталкивания

Силовые линии можно получить, если двигать пробный заряд внутри такого поля из двух зарядов и измерять кулоновскую силу, которая действует на пробный заряд в каждой точке. Только в каждой точке он будет испытывать влияние не одного, а двух источников поля. В этом случае и кулоновская сила, действующая на пробный заряд в каждой точке, и напряженность поля, станут векторными суммами полей от обоих источников.

Здесь изображено поведение отрицательного пробного заряда, внесенного в электрические поля двух положительных зарядов («поле отталкивания»). Притяжение он испытывает от обоих зарядов — он же отрицательный, а они положительные. Попав на их «границу влияния», он должен двинуться далее по равноденствующей этих двух сил.

То есть по касательной к силовой линии в точке, где оказался. И он, если ему позволить, возьмет направление «не вашим — не нашим», а потом остановится точно между двумя этими зарядами. Но долго там пробудет вряд ли, потому что любое легкое дуновение выведет его из равновесия, и он упадет все-таки на один из зарядов.

 

Полю присущ принцип суперпозиции. Он гласит, что суммарное электростатическое поле от нескольких заряженных тел (источников поля) является суперпозицией (суммой) полей от составляющих его зарядов, а напряженность такого поля в каждой его точке равна векторной сумме напряженностей полей от всех источников.

Суммарное поле зарядов

Суммарное поле зарядов, размещенных некоторым образом в пространстве, и является суперпозицией полей.

Пример такого результирующего поля — две помещенные на некотором расстоянии друг от друга разноименно заряженные плоские пластины, заряд на которых распределен равномерно по поверхности.

Как видим, направление почти всех линий, кроме крайних, одно — перпедикулярно поверхностям.

Источник: https://domelectrik.ru/baza/teoriya/elektricheskoe-pole

Электрическое поле. Виды и работа. Применение и свойства

Электрическое поле – это векторное поле, действующее вокруг частиц обладающих электрическим зарядом. Оно входит в состав электромагнитного поля. Для него характерно отсутствие реальной визуализации. Оно невидимо, и может быть замечено только в результате силового воздействия, на которое реагируют другие заряженные тела с противоположными полюсами.

Как устроено и действует электрическое поле

По сути, поле является особым состоянием материи. Его действие проявляется в ускорении тел или частиц, обладающих электрическим зарядом. К его характеризующим особенностям, можно отнести:

  • Действие только при наличии электрического заряда.
  • Отсутствие границ.
  • Наличие определенной величины воздействия.
  • Возможность определения только по результату действия.

Поле неразрывно связано с зарядами, которые находятся в определенной частице или теле. Оно может образовываться в двух случаях. Первый предусматривает его появление вокруг электрических зарядов, а второй при перемещении электромагнитных волн, когда меняется электромагнитное поле.

Электрические поля воздействуют на неподвижные относительно наблюдателя электрически заряженные частицы. В результате они получают силовое влияние. Пример воздействия поля можно наблюдать и в быту. Для этого достаточно создать электрический заряд. Учебники физики предлагают для этого простейший пример, когда диэлектрик натирается о шерстяное изделие.

Получить поле вполне возможно, взяв пластиковую шариковую ручку и потерев ее о волосы. На ее поверхности образуется заряд, что приводит к появлению электрического поля. Как следствие ручка притягивает мелкие частицы. Если ее преподнести к мелко разорванным кусочкам бумаги, то они будут притягиваться к ней.

Такой же результат можно достигнуть и при использовании пластиковой расчески.

Совет

Бытовым примером проявления электрического поля является образование мелких световых вспышек при снятии одежды из синтетических материалов.

В результате нахождения на теле диэлектрические волокна накапливают вокруг себя заряды.

При снятии такого предмета одежды электрическое поле подвергается различным силам воздействия, что и приводит к образованию световых вспышек. Особенно это характерно для зимней одежды, в частности свитеров и шарфов.

Свойства поля

Для характеристики электрического поля применяется 3 показателя:

  • Потенциал.
  • Напряженность.
  • Напряжение.

Потенциал

Данное свойство является одним из главных. Потенциал указывает на количество накопленной энергии применяемой для перемещения зарядов. По мере их сдвига энергия расточается, постепенно приближаясь к нулю. Наглядной аналогией данного принципа может выступить обыкновенная стальная пружина.

В спокойном положении она не обладает никаким потенциалом, но только до того момента, пока не будет сжата. От такого воздействия она получает энергию противодействия, поэтому после прекращения влияния обязательно разогнется. Когда пружина отпускается, то моментально распрямляется. Если на ее пути окажутся предметы, она начнет их двигать.

Возвращаясь непосредственно к электрическому полю потенциал можно сравнить с приложенными усилиями на выпрямление назад.

Электрическое поле обладает потенциальной энергией, что и делает его способным выполнять определенное воздействие. Но перемещая заряд в пространстве, оно истощает свой ресурс. В том же случае если передвижение заряда внутри поля осуществляется под воздействием сторонней силы, то поле не только не теряет свой потенциал, но и пополняет его.

Также для большего понимания данной величины можно привести еще один пример. Предположим, что незначительный положительно заряженный заряд располагается далеко за пределами действия эл.поля. Это делает его совершенно нейтральным и исключает взаимный контакт.

Если же в результате воздействия любой сторонней силы заряд будет двигаться по направлению к электрическому полю, то достигнув его границы, будет втянут в новую траекторию.

Энергия поля, затраченная на влияние относительно заряда в определенной точке воздействия, и будет называться потенциалом на этой точке.

Выражение электрического потенциала осуществляется через единицу измерения Вольт.

Читайте также:  Выбираем ибп для котла

Напряженность

Этот показатель применяется для количественного выражения поля. Данная величина рассчитывается как отношение положительного заряда воздействующего на силу действия. Простым языком напряженность выражает силу эл.поля в определенном месте и времени. Чем выше напряженность, тем более выраженным будет влияние поля на окружающие предметы или живые существа.

Напряжение

Этот параметр образуется от потенциала. Он применяется для демонстрации количественного соотношения действия, которое производит поле. То есть, сам потенциал показывает объем накопленной энергии, а напряжение демонстрирует потери на обеспечение движения зарядов.

В электрическом поле положительные заряды перемещаются от точек с высоким потенциалом в места, где он ниже. Что касается отрицательных зарядов, то они движутся противоположно.

Как следствие осуществляется работа с использованием потенциальной энергии поля. Фактически напряжение между точками качественно выражает работу, совершенную полем для переноса единицы противоположно заряженных зарядов.

Таким образом, термины напряжение и разность потенциалов это одно и то же.

Наглядное проявление поля

Электрическое поле имеет условное визуальное выражение. Для этого применяются графические линии. Они совпадают с линиями воздействия силы, которые излучают заряды вокруг себя.

Помимо линии действия сил, также важно их направление. Для классификации линий за основу определения направлений принято использовать положительный заряд.

Таким образом, стрелка движения поля идет от положительных частиц к отрицательным.

Обратите внимание

Чертежи, изображающие эл.поля, на линиях имеют направление в виде стрелки. Схематически в них всегда есть условное начало и конец. Таким образом, они не замыкаются сами на себе. Силовые линии берут свое начало на точке нахождения положительного заряда и заканчиваются на месте отрицательных частиц.

Электрическое поле может иметь различные типы линий в зависимости не только от полярности заряда, который способствует их образованию, но и наличию сторонних факторов.

Так, при встрече противоположных полей они начинают действовать друг на друга притягательно. Искаженные линий приобретают очертания гнутых дуг.

В том же случае, когда встречаются 2 одинаковых поля, то они отталкиваются в противоположные стороны.

Сфера применения

Электрическое поле обладает рядом свойств, которые нашли полезное применение. Данное явление используется при создании различного оборудования для работы в нескольких весьма важных сферах.

Использование в медицине

Воздействия электрического поля на определенные участки тела человека позволяет повышать его фактическую температуру. Это свойство нашло свое применение в медицине.

Специализированные аппараты обеспечивают воздействия на необходимые участки поврежденных или больных тканей. В результате чего улучшается их кровообращение и возникает заживляющий эффект.

Поле воздействует с высокой частотой, поэтому точечное влияние на температуру дает свои результаты и вполне ощутимо для больного.

Применение в химии

Данная сфера науки предусматривает использования различных чистых или смешанных материалов. В связи с этим работа с эл.полями не могла обойти эту отрасль. Компоненты смесей взаимодействуют с электрическим полем по-разному.

В химии это свойство применяется для разделения жидкостей. Данный метод нашел лабораторное применение, но встречается и в промышленности, хотя и реже.

К примеру, при воздействии полем осуществляется отделения в нефти загрязняющих компонентов.

Электрическое поле применяется для обработки при фильтрации воды. Оно способно отделить отдельные группы загрязняющих веществ. Такой способ обработки намного дешевле, чем использование сменных картриджей.

Электротехника

Использование электрического поля имеет весьма интересное применение в электротехнике. Так, был разработан способ беспроводной передачи электричества от источника до потребителя. До недавнего времени все разработки имели теоретический и экспериментальный характер.

Уже имеется эффективная реализация технологии зарядки телефона без применения непосредственного гибкого кабеля вставляемого в USB разъем смартфона. Данный способ пока не позволяет передавать энергию на продолжительное расстояние, но он совершенствуется.

Вполне возможно, что в ближайшем будущем надобность в зарядных кабелях с блоками питания отпадет полностью.

https://www.youtube.com/watch?v=aWpyVBqxBiQ

При выполнении электромонтажных и ремонтных работ применяется светодиодная индикаторная отвертка, действующая на основе схемы полевого транзистора. Помимо ряда функций, она может реагировать на электрическое поле.

Благодаря этому при приближении пробника к фазному проводу индикатор начинает светиться без фактического касания к токопроводящей жиле. Он реагирует на поле исходящие от проводника даже сквозь изоляцию.

Важно

Наличие электрического поля позволяет находить токопроводящие провода в стене, а также определять точки их разрыва.

Защититься от воздействия эл.поля можно при помощи металлического экрана, внутри которого его не будет. Это свойство широко применяется в электронике, чтобы исключить взаимное влияние электрических схем, которые расположены довольно близко друг к другу.

Возможности применения в будущем

Имеются и более экзотические возможности для электрического поля, которыми на сегодняшний день еще не обладает наука.

Это коммуникации быстрее скорости света, телепортация физических объектов, перемещение за один миг между разомкнутыми местоположениями (червоточины).

Однако для осуществления подобных планов будут нужны куда более сложные исследования и эксперименты, чем проведение экспериментов с двумя возможными исходами.

Однако наука все время развивается, открывая все новые возможности применения электр.поля. В будущем его сфера использования может значительно расшириться. Возможно, что оно найдет применение во всех значимых областях нашей жизни.

Похожие темы:

Источник: https://electrosam.ru/glavnaja/jelektrotehnika/elektricheskoe-pole/

Свойства и характеристики электрических полей :

В природе существует множество явлений, которые человек до сих пор полностью не понимает. К ним относятся и электрические поля, характеристики которых мы уже умеем достаточно неплохо определять. В то же время воспользоваться ими удается далеко не всегда.

Это направление носит скорее теоретический характер и, скорее всего, не даст выгоды в краткосрочной перспективе изучения, а сейчас больший упор делается именно на такие разработки.

Таким образом, исследуют возможности таких полей в основном энтузиасты, и ожидать радикальных прорывов в ближайшем будущем точно не стоит.

Что такое электрическое поле

Как и во многих других случаях, начать описание данного явления нужно именно с его определения. С точки зрения современной науки, оно представляет собой специальный вариант материи, созданной при помощи заряженных тел.

Обнаружить электрическое поле и его характеристики можно благодаря взаимодействию друг с другом зарядов. Они и есть основные составные элементы данного явления. Обычным зрением обнаружить его невозможно, но у человека много других органов чувств.

Совет

И вот с их помощью определить наличие такого поля вполне реально. Самый простой пример – поднести руку к экрану телевизора. Он, как и любые другие электронные приборы, создает вокруг себя именно такое поле, на что реагируют волоски на руке.

В результате человек получает возможность весьма условно, но все же определять наличие или отсутствие такого явления.

Электрическое и электромагнитное поле

Эти понятия не стоит путать. Основные характеристики электрического поля говорят о том, что оно является частью электромагнитного его аналога.

Фактически, в составе этого явления есть два элемента, один из которых обсуждается в этой статье, а второй логично выходит из названия. Это магнитное поле.

Они всегда взаимодействуют друг с другом и обычно рассматриваются вместе, но имеют разные особенности, и потому в некоторых случаях их лучше разделять.

Свойства

У каждого такого явления есть определенные особенности, которые постоянно остаются неизменными. Так, какова бы ни была энергетическая характеристика электрического поля, можно выделить следующие его свойства:

  • Зрительно обнаружить такое явление невозможно, как и определить его параметры. Для этого необходимы специальные приборы.
  • Любое электрическое поле обладает некоторым воздействием на заряды, при помощи которых и возникает. Они же влияют на его обнаружение.
  • Электрическое поле абсолютно реально и материально. Оно существовало и будет существовать вне зависимости от наших представлений, верований, знаний и так далее.
  • Любое электрическое поле обладает такими характеристиками, как напряженность, потенциал и напряжение.

Современная наука уже умеет сознательно создавать такие явления и даже управлять ими в определенных пределах, но еще очень далека от того, чтобы полноценно поставить их на службу человеку.

Напряженность

Это одна из характеристик электрического поля. Напряженность применяется в том случае, когда требуется определить «количество» такого явления в определенном месте.

Представить себе это достаточно сложно, особенно без достаточных знаний по физике, так как показатель этот относится именно к данному направлению науки. Так, данная величина высчитывается как отношение пробного положительного заряда к силе действия.

И при этом характеристика относится к векторным показателям. То есть направление ее обязательно аналогично тому, которое воздействует на пробный заряд.

Если говорить проще, то напряженность – это сила или мощность электрического поля в конкретное время в определенном месте. Чем этот показатель выше, тем сильнее данное явление воздействует на окружающие предметы или живые существа.

Потенциал

Это еще одна характеристика электрического поля. Потенциал является накопленной энергией, которую явление может использовать для перемещения зарядов.

Когда тот начинает двигаться, на это тратится вот этот самый ресурс, и в конечном итоге он становится равным нулю. Накапливается он обратным образом. В качестве примера можно взять все тот же заряд, но расположенный вне электрического поля.

Как только некая сила перемещает его внутрь и двигает там, появляется потенциал.

Проще всего это представить на примере обычной пружины. В своем спокойном положении она не имеет никакого потенциала и просто представляет собой изогнутый кусок металла. Но как только мы начнем сдавливать ее, начнет возникать потенциал.

Если отпустить пружину, она моментально распрямится и при этом подвинет все предметы, которые сможет, расположенные на ее пути. Если вернуться к рассматриваемым электрическим полям, то в их случае потенциал будет строго соответствовать приложенным усилиям на перемещение заряда.

В современной науке этот показатель измеряется вольтами.

Напряжение

Фактически любое такое явление можно описать двумя предыдущими показателями. Но характеристикой электрического поля является и напряжение.

Оно является производным от потенциала и показывает, какую именно в количественном соотношении работу произвело явление. На примере той же пружины, напряжение будем тем показателем, на который она развернулась после сжатия.

То есть, если потенциал – это общая «накопленная энергия», то этот параметр уже дает понять, сколько именно ее было потрачено на движение зарядов.

Применение

Характеристики электрических полей подразумевают наличие двух основных свойств, которые и используются человеком. Так, они могут формировать ионы, а погруженные в жидкость электроды позволяют без особых усилий разделять ее, грубо говоря, по фракциям. Именно в основе этих свойств и лежит использование электрических полей.

  • Медицина. Тут применяется система воздействия на пораженное место направленными ионами. В результате они способствуют повышению скорости регенерации, очищают рану, убивают микробов и так далее. Кроме того, свойства и характеристики электрических полей позволяют им «вибрировать» с большой частотой. Эта особенность также используется. Благодаря ей можно повысить температуру некоторых отдельных частей тела, что будет способствовать улучшению кровотока и положительно скажется на здоровье.
  • Очистка. В этой сфере используется система разделения жидкостей. Так, именно подобная особенность применяется в очистных сооружениях. Вода, в которой растворено огромное количество всевозможного мусора, становится очень вредной. При этом с ней сложно что-то сделать, ведь далеко не все фильтры смогут справиться с проблемой. В такой ситуации и применяются электрические поля, которые разделяют воду, отделяя от нее часть загрязнений. В результате получается достаточно простой, быстрый и дешевый этап очистки.
  • Химия. Эта наука использует в промышленности то же самое свойство разделения жидкостей. Оно активно применяется в лабораторных условиях, но чаще всего его можно встретить в сфере добычи нефти. В некоторых случаях она получается достаточно загрязненной и требуется потратить много времени средств, чтобы в конечном итоге возник нужный продукт. Справиться с этим сильно помогает электрическое поле. Оно разделяет нефть, убирая большую часть загрязняющих элементов и тем самым значительно облегчая ее дальнейшую обработку.
Читайте также:  Для чего нужна главная заземляющая шина?

Существует и множество других вариантов использования. Например, электромагнитное поле, в состав которого входит и рассматриваемое в этой статье явление, может служить беспроводной системой передачи электричества к разным приборам. К сожалению, в большинстве случаев все подобные разработки носят скорее теоретический и экспериментальный характер.

Влияние на человека

Мы все время окружены электрическим полем.

Свойства и характеристики его обычно однотипны и постоянны, так что естественный фон, свойственный нашей планете, на человека не оказывает практически никакого влияния.

Чуть ярче это воздействие становится заметно во время серьезной грозы, когда кажется, что воздух буквально дрожит от напряжения. Но и это для подавляющего большинства людей не представляет никакой угрозы.

Тем не менее прогресс не стоит на месте, и постоянно появляется большое количество приборов, каждый из которых генерирует свое собственное электрическое поле. Причем оно намного сильнее, чем естественный фон, составляющий 0,5 кВ/м. Разумеется, эта особенность не осталась незамеченной.

Обратите внимание

Уже давно выведено максимально допустимое напряжение, в котором мы можем существовать практически неограниченно. Оно составляет 25 кВ/м. В обычных условиях, даже при активации всех бытовых приборов, этот показатель не превышается.

Среднестатистический человек может получить большую «дозу» только при нахождении (причем длительном) в непосредственной близости от высоковольтных проводов. Там уже напряжение значительно выше и долго рядом стоять (и уж тем более работать) крайне не рекомендуется.

Даже те специалисты, которые вынуждены по долгу службы находиться рядом с источниками подобных электрических полей, не должны это делать дольше полутора часов в день. Так что, если есть какие-то территории, которые прилегают к ЛЭП, время присутствия там следует максимально ограничить.

Итоги

В рамках этой статьи мы рассмотрели все базовые особенности, свойства и характеристики электрических полей. Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод, что оно представляет собой весьма интересное явление, полное изучение которого может значительно помочь человечеству в отдаленном будущем.

Источник: https://www.syl.ru/article/339493/svoystva-i-harakteristiki-elektricheskih-poley

Свойства электрического поля

Поиск Лекций

Электрическое поле материально, т.е. существует независимо от наших знаний о нем.

Порождается электрическим зарядом: вокруг любого заряженного тела существует электрическое поле.

Поле, созданное неподвижными электрическими зарядами, называется электростатическим.

Электрическое поле может быть создано и переменным магнитным полем. Такое электрическое поле называется вихревым.

Обнаружить электрическое поле можно по действию его на электрические заряды с некоторой силой.

Электрическое поле распространяется в пространстве с конечной скоростью, равной скорости света в вакууме.

Таким образом, если один из взаимодействующих зарядов переместить в другую точку пространства, то второй заряд почувствует изменение положения первого заряда не мгновенно, а спустя некоторый промежуток времени , где с — скорость света в вакууме, l — расстояние между зарядами.

Напряжённость электри́ческого по́ля(F) (В/м)— векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы действующей на пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда q:

E=F/q

Билет

Электростатический потенциа́л (см.

Важно

также кулоновский потенциал) — скалярная энергетическая характеристика электростатического поля, характеризующая потенциальную энергию поля, которой обладает единичный заряд, помещённый в данную точку поля.

Единицей измерения потенциала является, таким образом, единица измерения работы, деленная на единицу измерения заряда (для любой системы единиц; подробнее о единицах измерения — см. ниже).

Потенциал- Фи=A/q.

Потенциал электростатического поля — скалярная величина, равная отношению потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду:

– энергетическая характеристика поля в данной точке. Потенциал не зависит от величины заряда, помещенного в это поле.

Разность потенциалов:

Билет

Проводники́— это тела, в которых имеются свободные носители заряда, то есть заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться внутри этих тел. Среди наиболее распространённых твёрдых проводников известны металлы, полуметаллы, углерод (в виде угля и графита).

Пример проводящих жидкостей при нормальных условиях — ртуть, электролиты, при высоких температурах — расплавы металлов. Пример проводящих газов — ионизированный газ (плазма).

Некоторые вещества при нормальных условиях являющиеся изоляторами при внешних воздействиях могут переходить в проводящее состояние, а именно проводимость полупроводников может сильно варьироваться при изменении температуры, освещённости, легировании и т. п.

Электростатическая индукция — явление наведения собственного электростатического поля, при действии на тело внешнего электрического поля.

Явление обусловлено перераспределением зарядов внутри проводящих тел, а также поляризацией внутренних микроструктур у непроводящих тел.

Внешнее электрическое поле может значительно исказиться вблизи тела с индуцированным электрическим полем.

Электростатическая индукция в проводниках

Перераспределение зарядов в хорошо проводящих металлах при действии внешнего электрического поля происходит до тех пор, пока заряды внутри тела практически полностью не скомпенсируют внешнее электрическое поле. При этом на противоположных сторонах] проводящего тела появятся противоположные наведённые(индуцированные) заряды.

Совет

Электростатическая защита — помещение приборов, чувствительных к электрическому полю, внутрь замкнутой проводящей оболочки для экранирования от внешнего электрического поля.

Это явление связано с тем, что на поверхности проводника (заряженного или незаряженного), помещённого во внешнее электрическое поле, заряды перераспределяются так (явление электрической индукции), что создаваемое ими внутри проводника поле полностью компенсирует внешнее.

Билет

Диэлектрик (изолятор) — вещество, плохо проводящее или совсем не проводящее электрический ток. Концентрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 см−3. Основное свойство диэлектрика состоит в способности поляризоваться во внешнем электрическом поле. С точки зрения зонной теории твёрдого тела диэлектрик — вещество с шириной запрещённой зоны больше 3 эВ.

К диэлектрикам относятся воздух и другие газы, стекло, различные смолы, пластмассы, многие виды резины.

Ряд диэлектриков проявляют интересные физические свойства. К ним относятся электреты, пьезоэлектрики, пироэлектрики, сегнетоэластики, сегнетоэлектрики, релаксоры и сегнетомагнетики.

Поляризация диэлектриков — явление, связанное с ограниченным смещением связанных зарядов в диэлектрике или поворотом электрических диполей, обычно под воздействием внешнего электрического поля, иногда под действием других внешних сил или спонтанно.

Поляризацию диэлектриков характеризует вектор электрической поляризации. Физический смысл вектора электрической поляризации — это дипольный момент, отнесенный к единице объема диэлектрика. Иногда вектор поляризации коротко называют просто поляризацией.

Абсолю́тная диэлектри́ческая проница́емость — физическая величина, показывающая зависимость электрической индукции от напряжённости электрического поля. В зарубежной литературе обозначается буквой ε, в отечественной (где обычно обозначает относительную диэлектрическую проницаемость) преимущественно используется сочетание , где — электрическая постоянная

Обратите внимание

Относи́тельная диэлектри́ческая проница́емость среды ε — безразмерная физическая величина, характеризующая свойства изолирующей (диэлектрической) среды. Связана с эффектом поляризации диэлектриков под действием электрического поля (и с характеризующей этот эффект величиной диэлектрической восприимчивости среды).

Электри́ческая постоя́нная (ранее также носила название диэлектрической постоянной) — физическая константа, скалярная величина,

определяющая напряжённость электрического поля в вакууме;

входящая в выражения некоторых законов электромагнетизма, в том числе закона Кулона, при записи их в форме, соответствующей Международной системе единиц.

Иногда называют диэлектрической проницаемостью вакуума. Измеряется в фарадах на метр. Диэлектрическая постоянная равна:

E(эпсилант)=8,85 *10-12фарад/м

Билет.

Электрическая ёмкость — характеристика проводника, мера его способности накапливать электрический заряд.

В теории электрических цепей ёмкостью называют взаимную ёмкость между двумя проводниками; параметр ёмкостного элемента электрической схемы, представленного в виде двухполюсника.

Такая ёмкость определяется как отношение величины электрического заряда к разности потенциалов между этими проводниками.

Конденса́тор (от лат. condensare — «уплотнять», «сгущать») — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.

Конденсатор является пассивным электронным компонентом.

Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.

Электромагнитная энергия — термин, под которым подразумевается энергия, заключенная в электромагнитном поле. Сюда же относятся частные случаи чистого электрического поля и чистого магнитного поля.

Билет.

Важно

Электри́ческий ток — упорядоченное нескомпенсированное движение свободных электрически заряженных частиц, например, под воздействием электрического поля.

Такими частицами могут являться: в проводниках — электроны, в электролитах — ионы (катионы и анионы), в газах – ионы и электроны, в вакууме при определенных условиях – электроны, в полупроводниках — электроны и дырки (электронно-дырочная проводимость).

Сила тока (часто просто «ток») в проводнике — скалярная величина, численно равная заряду , протекающему в единицу времени через сечение проводника. Обозначается буквой (в некоторых курсах — . Не следует путать с векторной плотностью тока ):

I=q/t

Пло́тность то́ка — векторная физическая величина, имеющая смысл силы тока, протекающего через единицу площади. Например, при равномерном распределении плотности:

J=I/S

Зако́н О́ма — физический закон, определяющий связь между Электродвижущей силой источника или напряжением с силой тока и сопротивлением проводника. Экспериментально установлен в 1826 году, и назван в честь его первооткрывателя Георга Ома.

Закон Ома для участка цепи. Немецкий физик Георг Ом (1787—1854) в 1826 г. обнаружил, что отношение напряжения U между концами металлического проводника, являющегося участком электрической цепи, к силе тока I в цепи есть величина постоянная:

R=U/I R-const

Закон Ома для полной цепи. Если в результате прохождения постоянного тока в замкнутой электрической цепи происходит только нагревание проводников, то по закону сохранения энергии полная работа электрического тока в замкнутой цепи, равная работе сторонних сил источника тока, равна количеству теплоты, выделившейся на внешнем и внутреннем участках цепи:

Билет.

Электри́ческое сопротивле́ние — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока и равная отношению напряжения на концах проводника к силе тока, протекающего по нему[1].

Читайте также:  Что такое вихревые токи и какие меры принимают для их уменьшения

Сопротивление для цепей переменного тока и для переменных электромагнитных полей описывается понятиями импеданса и волнового сопротивления.

Сопротивлением (резистором) также называют радиодеталь, предназначенную для введения в электрические цепи активного сопротивления.

Совет

Сопротивление (часто обозначается буквой R или r) считается, в определённых пределах, постоянной величиной для данного проводника; её можно рассчитать как

R=U/I

дельное сопротивление, а следовательно, и сопротивление металлов, зависит от температуры, увеличиваясь с ее ростом. Температурная зависимость сопротивления проводника объясняется тем, что

возрастает интенсивность рассеивания (число столкновений) носителей зарядов при повышении температуры;

изменяется их концентрация при нагревании проводника.

Опыт показывает, что при не слишком высоких и не слишком низких температурах зависимости удельного сопротивления и сопротивления проводника от температуры выражаются формулами:

Билет

Последовательное и параллельное соединения в электротехнике — два основных способа соединения элементов электрической цепи.

При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так, что включающий их участок цепи не имеет ни одного узла.

При параллельном соединении все входящие в цепь элементы объединены двумя узлами и не имеют связей с другими узлами, если это не противоречит условию.

Обратите внимание

При последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова.

При параллельном соединении падение напряжения между двумя узлами, объединяющими элементы цепи, одинаково для всех элементов. При этом величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

При последовательном соединении проводников сила тока в любых частях цепи одна и та же: I = I1 = I2

Полное напряжение в цепи при последовательном соединении, или напряжение на полюсах источника тока, равно сумме напряжений на отдельных участках цепи: U = U1 + U2

Резистор

R=R1+R2+….Rn

Катушка индуктивности

L=L1+L2….Ln

Электрич. Конденсатор.

Мемристоры

Параллельное соединение

Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов в отдельных параллельно соединенных проводниках: I = I1 + I2

Напряжение на участках цепи АВ и на концах всех параллельно соединенных проводников одно и то же: U = U1 = U2

Катушка индуктивности

Рекомендуемые страницы:

Источник: https://poisk-ru.ru/s49740t9.html

Электрическое поле

По современным представлениям, электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждое заряженное тело создает в окружающем пространстве электрическое поле. Это поле оказывает силовое действие на другие заряженные тела.

Главное свойство электрического поля – действие на электрические заряды с некоторой силой. Таким образом, взаимодействие заряженных тел осуществляется не непосредственным их воздействием друг на друга, а через электрические поля, окружающие заряженные тела.

Электрическое поле, окружающее заряженное тело, можно исследовать с помощью так называемого пробного заряда – небольшого по величине точечного заряда, который не производит заметного перераспределения исследуемых зарядов.

Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика – напряженность электрического поля.

Напряженностью электрического поля называют физическую величину, равную отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещенный в данную точку пространства, к величине этого заряда:

Напряженность электрического поля – векторная физическая величина. Направление вектора в каждой точке пространства совпадает с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.

Электрическое поле неподвижных и не меняющихся со временем зарядов называется электростатическим. Во многих случаях для краткости это поле обозначают общим термином – электрическое поле

Если с помощью пробного заряда исследуется электрическое поле, создаваемое несколькими заряженными телами, то результирующая сила оказывается равной геометрической сумме сил, действующих на пробный заряд со стороны каждого заряженного тела в отдельности. Следовательно, напряженность электрического поля, создаваемого системой зарядов в данной точке пространства, равна векторной сумме напряженностей электрических полей, создаваемых в той же точке зарядами в отдельности:

Важно

Это свойство электрического поля означает, что поле подчиняется принципу суперпозиции.

В соответствии с законом Кулона напряженность электростатического поля, создаваемого точечным зарядом Q на расстоянии r от него, равна по модулю

Это поле называется кулоновским. В кулоновском поле направление вектора  зависит от знака заряда Q: если Q > 0, то вектор направлен по радиусу от заряда, если Q  0 вектор параллелен    а при Q 

Источник: http://www.its-physics.org/elektricheskoe-pole

Электрическое поле – это?

Главная > Теория > Электрическое поле – это?

На вопрос о том, что такое электрическое поле, однозначно ответить совсем непросто, так как это понятие всегда употребляется в определённом контексте. С точки зрения электротехники, например, электрические поля – это особые энергетические образования, создаваемые единичным зарядом (или группой зарядов).

Визуальное представление поля

Важно! Их следует отличать от так называемого «электростатического» поля, создаваемого искусственно разделёнными зарядами противоположного знака.

С учётом этого замечания предложенное определение не противоречит классической трактовке, представляющей их как одну из составляющих электромагнитного поля.

Особенности электрического поля и его свойства

Человеческому разуму пока недоступно понимание сущности полевых образований, которые проявляются в виде слабых и сильных взаимодействий. Но учёные, тем не менее, достигли некоторого прогресса в освоении механизма вторичных проявлений и научились трансформировать приобретённые знания в полезные изобретения.

Основная физическая причина возникновения эл. полей – это наличие одного или нескольких свободных зарядов, изменяющих свойства данного участка пространства.

Обратите внимание! Образование поля вокруг заряда происходит со скоростью света, что соответствует тому же значению для электромагнитных энергий.

При таком подходе к понятию электрического поля оно может быть представлено как ограниченная часть пространства, в центр которой помещён одиночный заряд.

Один из уже изученных эффектов, наблюдаемых в зоне воздействия эл. полей, состоит в том, что на поверхности помещённой в него проводящей среды образуются области концентрации свободных зарядов (электронов и «дырок»). Это явление широко используется при изготовлении таких известных электронных компонентов, как биполярные и полевые транзисторы.

К наиболее важным свойствам распределённых в пространстве электрических полей относится способность их воздействия на неподвижные или движущиеся относительно исследователя заряженные частицы. Во втором случае этот эффект проявляется в виде ускоряющей силы, приводящей в движение сам материальный носитель (проводник с электрическим током, например).

Формируемая вследствие этого эффекта сила по закону Лоренца всегда направлена поперёк перемещения зарядов, а её величина зависит от напряжённости поля и скорости движения частиц (силы тока).

Характеристики электрических полей

Единица измерения напряжения

Особенность любого полевого образования состоит в том, что оно обладает способностью действовать на некотором удалении от своего источника. Указанный эффект позволяет ввести количественные характеристики электрического поля, представленные напряжённостью (интенсивностью) и потенциалом в определённой точке.

Первый из этих показателей является векторной величиной, а второй – характеризует её количественные или энергетические свойства. Абсолютное значение напряжённости выражает силу, с которой поле действует на помещённую в него заряженную частицу. Интенсивность выражается как отношение этой силы к величине единичного заряда:

Е = F/Q [Н/Кл] или [B/M].

Потенциал в определённой точке поля – это отношение энергии, помещённой в него частицы, к величине её заряда:

φ = W/Q [В].

Геометрическое место точек, соответствующее одинаковым потенциалам, в электротехнике называют эквипотенциальной поверхностью или сферой.

Графическое представление

Для графического представления полей используются условно вводимые силовые линии, касательные к которым по своему направлению совпадают с вектором напряженности в данной точке.

С условным схематическим изображением распределённого поля, учитывающим полярность зарядов, можно ознакомиться на рисунке, размещённом ниже. Вариант распределения линий напряжённости при противоположном знаке заряда приводится на том же схемном изображении.

Линии напряжённости

Из представленных на этих рисунках изображений видно, что к основным характеристикам электрического поля может быть отнесён градиент напряжённости, позволяющий количественно оценить изменение потенциала по мере удаления от центра.

Совет

Определённый интерес также представляет ситуация, когда поле создаётся двумя зарядами, находящимися в непосредственной близости один от другого (смотрите рисунок ниже).

Линии напряжённости двух зарядов

В этом случае характер распределения линий напряжённости несколько усложняется (за счёт замыкания их на противоположный заряд).

Практическое применение

С практической точки зрения наибольший интерес представляет ситуация, когда в электрическое поле помещаются следующие электротехнические материалы:

  • Проводники, в которых всегда имеется большое количество свободных электронов и по которым может протекать электрический ток;
  • Диэлектрики, отличающиеся ограниченным содержанием свободных заряженных частиц.

О том, как ведут себя проводники и диэлектрики в электрическом поле, необходимо поговорить особо.

Проводники

При помещении в поле проводника по нему начинает течь электрический ток за счёт наличия в его материале свободных электронов.

Протекающий ток образует вокруг проводника своё собственное электромагнитное поле, которое вступает во взаимодействие с исходным полевым образованием.

Вследствие этого взаимодействия проводник начинает отклоняться в сторону, зависящую от направления движения электронов по нему.

Обратите внимание! При смене полярности проводник будет отклоняться в противоположную сторону.

Однако этот эффект имеет и обратное действие, которое может быть описано следующим образом:

  • При перемещении в электрическом поле любого замкнутого проводника в нём начинается перемещение электрических зарядов. При разомкнутом проводнике на его концах появляется электрический потенциал (электродвижущая сила);
  • Под действием этой силы по проводнику, подключённому к нагрузке, начинает течь ток определённой величины;
  • Направление потока электронов зависит от того, в какую сторону перемещается сам проводник;
  • Величина этого тока пропорциональна скорости перемещения провода в электромагнитном поле.

На основании того, как ведут себя проводники в электрическом поле, разработано и внедрено в производство множество самых разнообразных электротехнических механизмов и агрегатов. Типичными представителями таких устройств являются:

  • Электродвигатели и генераторы;
  • Измерительные приборы;
  • Специальные коммутирующие и защитные аппараты.

К этому перечню можно добавить приборы управления и сигнализации, а также множество других электротехнических устройств.

Диэлектрики

Большой практический интерес представляют материалы, обладающие противоположными по отношению к проводникам свойствами. Они называются диэлектриками и очень слабо реагируют на приложенное напряжение, не приводящее к появлению массового перемещения электронов.

При исследовании взаимодействия диэлектриков с электрическими полями обнаружено, что последние создают в них статическое распределение потенциалов. Это явление получило название поляризации зарядов, при которой носители тока (электроны) скапливаются в одной из точек приложения напряжения.

Статическое распределение зарядов

На противоположном конце диэлектрика из-за недостатка электронов появляется обратный потенциал, вследствие чего материал поляризуется и приобретает ряд интересных свойств. С практической точки зрения этот эффект позволяет создавать структуры, в которых можно реализовать принцип перезарядки с приложением переменного поля.

Это явление лежит в основе работы емкостных элементов (конденсаторов), входящих в состав любого электронного изделия.

В заключении отметим, что основные свойства электрического поля позволяют оценивать его проявления по взаимодействию с помещёнными в него проводящими материалами. На этом принципе основано большинство известных методов измерения электрических величин, а также способов преобразования и передачи энергии.

Видео

Источник: https://elquanta.ru/teoriya/ehlektricheskoe-pole-ehto.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector