Содержание

Электрическое поле. Напряженность электрического поля. « ЭлектроХобби

В нашем мире мы все привыкли к тому, что материальные объекты взаимодействуют друг с другом по средствам прямого контакта (прикосновения). Мы видим это своими глазами, и значит это так. Но на самом деле это далеко не так. Любые материальные тела состоят из мельчайших элементарных частиц. Неотъемлемой составляющей всех частиц являются различные виды полей, которые окружают их вокруг и отталкиваются друг от друга. Таких полей существует множество, и одним из них является электрическое поле.

Электрическое поле — это особый вид материи, которая существует вокруг электрически заряженных элементарных частиц (электроны и протоны). Через электрические поля передаётся воздействие одного электрического заряда (неподвижного) на иной неподвижный электрический заряд. Данное взаимодействие происходит в соответствии с известными законами Кулона.
Что собой представляет этот вид поля (электрическое) и чем он специфичен? Чтобы это понять, давайте с Вами прежде разберёмся в его свойствах и проявлениях. Как Вы должны знать, электрическое поле проявляет себя тогда, когда возникает перераспределение электрических зарядов между телами. Точнее, когда в силу некоторых обстоятельств одного вида заряда становится больше или меньше, по отношению к противоположному. Тогда одни тела начинают притягиваться либо отталкивать другие на расстоянии.

Поскольку в промежутке этого расстояния нет плотных тел, то, следовательно, можно утверждать о существовании невидимого поля. Ну, а поскольку данное поле связанно с электрическими явлениями, то и поле стали называть электрическим. В целом же, электрическое поле (как и другие виды полей) существуют везде и вокруг всего, только из-за их скомпенсированности взаимодействия друг на друга и невидимости невооруженным глазом создаётся впечатление, будто они появляются.

К свойствам электрического поля можно отнести:

  • невидимость (их определение происходит через поведение пробного электрического заряда)
  • электрические поля взаимодействуют только лишь с электрическими полями
  • оно имеет векторное направление
  • может притягивать либо отталкивать
  • существует всегда вокруг заряженных частиц (в отличие от магнитного поля)
  • обладает свойством концентрации и неоднородности (имеется в виду НАПРЯЖЕННОСТЬ)

Как было упомянуто выше, электрическое поле определяется при помощи пробного точечного заряда. Если электрический заряд (пробный заряд) обладает электрическим полем внести в интересующую нас точку пространства, можно выяснить — если в данном месте электрическое поле. Если начнёт действовать электрическая сила, то значит, в этой точки поле есть. Интенсивность данного электрического поля будет характеризовать напряженность поля.

Силы, которые действуют на один и тот же точечный электрический заряд будут отличатся по направлению и величине в различных точках электрического поля. Поэтому и было целесообразно ввести силовую характеристику любой точки данного поля, созданного зарядом. К сожалению, сила «F» (Кулона) подобной характеристикой послужить не может, поскольку для одной точки поля эта сила будет прямо пропорциональна величине точечного заряда.

Было принято считать силовой характеристикой точки электрического поля «E». Она стала называться напряжённостью электрического поля. Напряжённость измеряется силой, с которой электрическое поле действует на единичный положительный заряд, что был внесён в некую точку определяемого поля в пространстве. Напряженность является векторной величиной. Напряжённость электрического поля измеряется в Ньютонах на Кулон или в Вольтах на метр.

И ещё, что можно сказать о напряжённости — если электрическое поле создаётся одновременно множеством электрических зарядов, то результативная (общая) напряжённость «E» в определённой точке электрического поля находится как геометрическая сумма всех имеющихся напряженностей, созданных в данной точке каждым конкретным электрическим зарядом в отдельности.

P.S. Электрические поля, это неотъемлемая составляющая всего существующего в мироздании, и лишь в силу нашей ограниченности восприятия мира, поля воспринимаются нами, как нечто загадочное и непонятное.

Электростатическое поле, напряженность, силовые линии, их свойства. Принцип суперпозиции, сумма векторов

Тестирование онлайн

Электростатическое поле

Электростатическое поле – это особая форма материи, которая возникает вокруг неподвижного электрического заряда. Это поле нет возможности увидеть, понюхать. Поле можно представить при помощи линий напряженности (силовых линий).

На рисунке видно, какое условное направление имеют силовые линии: начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных. Изображено и то, как линии напряженности распределяются при взаимодействии одноименных и разноименных зарядов.

В реальности силовые линии можно увидеть при помощи железных опилок.


Чем дальше удаляться от заряда, тем меньше сила поля (силовые линии редеют), тем слабее взаимодействуют заряженные тела, посредством создаваемого ими поля.

Поле бывает однородным. В этом случае линии напряженности параллельные.

Поле однородное между пластинами в центре

Напряженность поля

Как оценить силу поля вокруг некоторого заряда? Для этого используют

пробный заряд q0. Пробный заряд – это всегда положительный заряд, его собственное электростатическое поле ничтожно мало, относительно исследуемого поля.

Сила, с которой поле действует на пробный заряд в данной точке поля, называется напряженностью электростатического поля в этой точке

Напряженность поля – векторная величина. Вектора – это касательная к линиям напряженности в данной точке поля. Направлен вектор туда же, куда силовая линия (линия напряженности).

Вектор напряженности в различных точках поля: А, B, C и D

Вектор напряженности в точках 1, 2 и 3

Можно вывести формулу

– напряженность поля точечного заряда q на расстоянии r от него.

Принцип суперпозиции

Если поле создается несколькими зарядами, то напряженность в некоторой точке равна векторной сумме напряженностей каждого из полей в отдельности

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.

Электрическое поле

В работе

Эфироэлектрическая теория достигла, наконец, такого уровня развития, что позволяет приступить к созданию целостной картины мира. В настоящее время такая работа ведётся, промежуточные результаты периодически выкладываются в разделе “Картина мира”.

Новости:

08.11.2020

21.04.2020

08.01.2019

23.09.2018

24.10.2017

   Понятие “электрическое поле“, как и понятие вообще обо всех, так называемых, физических полях возникло сравнительно недавно. Двухсот лет не прошло. Вначале людям было достаточно того, что наэлектризованные тела так или иначе взаимодействуют друг с другом. Без понятия поля удалось построить практически всю электростатику, сформировать закон Кулона, выяснить роль среды в электрических взаимодействиях. Действие заряженных тел на расстоянии во времена Ш. О. Кулона не представлялось чем-то непонятным. Дело в том, что со времён Ньютона люди привыкли к тому, что массивные тела притягиваются друг к другу на расстоянии, без непосредственного контакта. Этого понимания было вполне достаточно для построения практически всей классической механики. На расстоянии взаимодействовали и заряды и магниты. Но вот в первой трети 19 века, во времена Фарадея, многие исследователи начали задаваться вопросом: как же могут взаимодействовать материальные объекты на расстоянии через “ничто”?

   Надо отметить, что в те времена уже существовал универсальный ответ на этот вопрос: материальные тела взаимодействуют друг с другом вовсе не через “ничто”, а через вполне реальную окружающую их среду, через мировой эфир. Но такой ответ был слишком общим, слишком абстрактным. Без точных знаний об эфире не удавалось даже понять чем отличаются гравитационные взаимодействия  от электрических, а электрические от магнитных и т.п. А ответы хотелось получить здесь и сейчас. Обычное для людей свойство. Тогда некоторые учёные (в частности сам М. Фарадей), просто объявили, что наэлектризованные или намагниченные тела окружены неким подобием “атмосферы”, некоей субстанцией, которую назвали в случае наэлектризованных тел электрическим полем, а в случае тел намагниченных (и токов) магнитным полем. Конечно же, сразу проэкстраполировали эту идею на взаимодействие массивных тел, и назвали специфическую атмосферу, якобы окружающую массивные тела, гравитационным полем.

   Вначале никто особо не настаивал на физической реальности этих полей (за исключением, быть может, М. Фарадея, который, говорят современники, буквально “видел” силовые линии). Потом много потрудились над понятием поля математики и математически образованные физики, такие как Дж. Максвелл, О. Хевисайд, Г. Герц. Выведены были уравнения полей, установлены различные красивые законы и соотношения, началось плодотворное практическое использование электричества и магнетизма. И к концу 19 века уже все прочно верили в то, что эти физические поля – не просто удобный приём для описания неких загадочных взаимодействий, но реально и объективно существующие физические субстанции.  Произошло так называемое овеществление полей (по К. Канну). Но быстро выяснилось, что магнитные явления могут порождать электрические, а электрические процессы могут порождать магнитные взаимодействия. Стало быть, что же, эти поля не есть самостоятельные, объективно существующие и независящие ни от чего сущности? К этому времени из физики уже практически изгнали мировой  эфир, отчаявшись грубыми механистическими методами что-то выяснить о его сущности и свойствах. Так что вернуться назад, от придуманных наскоро “полей” к основе, к мировой среде было уже затруднительно.

   В начале 20 века учёные понимают, что никакиго магнитного поля, как самостоятельной физической субстанции не существует, а электрическое поле тоже проявляет себя по-разному в зависимости от того движется прибор или стоит. Возникла и экспериментальная база и теории, вроде специальной теории относительности (СТО) Эйштейна, которые ясно показывали  относительность силовых взаимодействий, а, значит, и их причины – физических полей. А раз “поле” зависит от того, движется наблюдатель (с прибором) или нет, вплоть до полного исчезновения этого “поля”, то какие же они, к чёрту, объективно существующие субстанции? Чтобы как-то смягчить шок и недоумение от этого случившегося в первой же трети 20 века “исчезновения полей”, учёные придумали так называемое “электромагнитное поле”. Мол, магнитного и электрического поля нет, а есть единое электромагнитное поле, частными проявлениями которого являются электрические и магнитные явления, и вот оно-то и обладает объективным бытием. Вроде бы, ловкий ход? Увы, к тому времени как этот приём был придуман и внедрён в широкий научный обиход, уже появились на свет и “овеществились” новые “поля”: сильное и слабое ядерное, отвечающие за соответствующие взаимодействия между элементарными частицами. Да и с гравитационным случилась беда – оно, оказывается (по крайней мере теоретически, в рамках общей теории относительност (ОТО)),  должно влиять на электрические и магнитные взаимодействия. А возможно и на слабые с сильными. И тут родилась идея объединить все вообще столь поспешно овеществлённые “поля” в некое “Единое Поле”, которое, соответственно, обладало бы максимальной объективностью и могло бы объяснить все известные учёным виды физических силовых взаимодействий. Идея, вроде бы, благородная. Только вот почти столетие возни в этом направлении так и не принесло серьёзного результата. Не выходит, увы, “каменный цветок”! А если завтра учёные придумают ещё парочку “полей”? А ведь уже, уже тянут ручонки… Вон, космологический член, якобы отвечающий за расширение Вселенной кое-кто уже уверенно крестит “полем”. Эдаким всемирным полем отталкивания…    А куда, собственно, наука идёт этим путём? Путём порождения всё новых и новых “полей” и последующего мучительного объединения их в некое “единое поле”? А идёт она всё к той же “мировой среде”, к эфиру, от которого так поспешно, так неудачно и так ненадолго попыталась отказаться. Так может быть ну его, этот махровый мазохизм бесконечного придумывания полей с последующим объединением? Может начать-таки плясать от печки, т.е. от признания вездесущей мировой среды, эфира, через который и посредством которого и передаются все виды взаимодействий? Оказывается, что электрическое поле разумно мыслить просто как поляризованный эфир. Ниже приведены работы, в которых показано, как электрическое поле может быть сведено к эфиру, к его определённому поляризованному состоянию и к чему такой шаг приводит.
  • Электрическое поле?! Это очень просто!

Электрическое поле, определение – Энциклопедия по машиностроению XXL

Для экспериментального измерения внешних квадруполь-ных моментов используются те же методы, что и для измерения магнитных дипольных моментов, т. е. изучение сверхтонкой структуры оптических спектров и радиочастотные резонансные методы. Взаимодействие квадрупольного момента с градиентом внутриатомного электрического поля определенным образом нарушает правило интервалов (2.17), что и дает возможность отделить расщепление уровней, связанное с наличием квадрупольного момента у ядра, от эффектов, обусловленных ядерным магнитным моментом.  [c.67]
Другим направлением развития работ в области использования тепловых действий высокочастотных полей, как указывалось выше, явилась термическая обработка диэлектриков. Здесь наиболее ярко выступает избирательность нагрева. Одни вещества в электрическом поле определенной частоты нагреваются сильно, в то время как другие остаются холодными. Можно, например, в куске льда прогреть до свертывания сырое яйцо или накалить угольный порошок в холодном тигле, сделанном из сплошного куска того же угля и т. п.  [c.353]

Рассмотрим электрическое поле, определенное некоторым числом равномерно наэлектризованных прямых, перпендикулярных плоскости ху, длиной 21, очень большой по сравнению с их расстояниями. Пусть концы всех прямых находятся в двух плоскостях г = I и г = —I.  [c.85]

Применим эти теоремы при рассмотрении электрического поля, определенного нами в п. 95.  [c.94]

В практике наносимое покрытие часто должно состоять не из одного, а из нескольких компонентов различной природы. Задача осаждения многокомпонентного осадка заданного состава решается, если частицы разных компонентов имеют примерно одинаковый по знаку и величине заряд. Возможность получения покрытий заданного состава из суспензий с различно заряженными частицами состоит в использовании явления агрегации этих частиц под действием электрического поля определенной силы [441 ].  [c.374]

Оператор напряженности электрического поля определен в уравнении (1.21-4). Видно, что Е. можно представить в форме ЕЕц., причем, как следует из уравне-и  [c.157]

Для сравнения с экспериментальными данными, обратим внимание на то, что по соотношениям (4-11) феноменологической теории можно рассчитать И з, если измерено время релаксации т, характеризующее регенерацию свойств в отсутствии электрического поля. Определенное В. Я. Куниным таким путем значение 11 2 составляет приблизительно 0,55 эв, что по порядку величины согласуется с данными табл. 4-3.  [c.157]

Большое влияние на процессы кристаллизации и формирование структуры смазки оказывают ПАВ (свободные жирные кислоты, глицерин и т. п.) и присадки, вводимые в смазки для улучшения их свойств. Значительному ускорению процессов кристаллизации и термического диспергирования и получению смазок оптимальной структуры и свойств способствует ирименение акустических колебаний и электрического поля определенной напряженности и частоты.  [c.51]

Электрическое поле, определение в линейном случае 19 — определение в нелинейном случае 48  [c.258]

Здесь – дебаевский радиус, Е – характерное электрическое поле, определенное по размеру г .  [c.104]

В данном разделе будет рассмотрена задача об определении зависимости формы поверхности газового пузырька, погруженного в непроводящую жидкость, от величины приложенного к газожидкостной системе электрического поля.  [c.141]


Для сообщения электронам необходимой энергии и формирования из них потока частиц, несущих определенную энергию, могут использоваться различные методы. Самый простой из них и наиболее распространенный в настоящее время — ускорение электронов электрическим полем, основанный на том, что на электрон в этом поле действует сила  [c.109]

Некоторые особенности эффекта Керра в жидкости. Следует остановиться на особенности эффекта Керра в жидкостях. При включении внешнего электрического поля искусственная анизотропия жидкости не исчезает мгновенно. Требуется определенное время, так называемое время релаксации, зависящее от структуры данной жидкосги, для того, чтобы анизотропная жидкость снова перешла б изотропное состояние, т. е. повернутые диполи под  [c.291]

Теория деформаций изучает механическое изменение взаимного расположения множества точек сплошной среды, приводящее к изменению формы и размеров тела. Деформация тела возникает в результате действия внешних сил, магнитного и электрического полей, теплового расширения и приводит к возникновению напряжений. Для описания деформации тела в целом в качестве ее меры используются перемещения точек. Деформация тела в целом слагается из деформации ее материальных частиц. Для описания деформации частиц используются относительные удлинения и сдвиги. Они связаны между собой определенными дифференциальными зависимостями, выражающими условие того, что тело, сплошное до деформации, должно оставаться сплошным и после деформации. Как и напряжения, деформации изменяются при переходе от одной частицы к другой, образуя поле деформаций. Знание деформации тела необходимо для оценки его жесткости и определения напряжений.  [c.63]

Самостоятельный электрический разряд. При увеличении напряженности электрического поля до некоторого определенного значения, зависящего от природы газа и его давления, в газе возникает электрический ток и без воздействия внешних ионизаторов. Явление прохождения через газ электрического тока, не зависящего от действия внешних ионизаторов, называется самостоятельным электрическим разрядом.  [c.169]

Стержни с шарами на концах обладают определенной индуктивностью и электроемкостью и представляют собой электрический колебательный контур. Поместив на некотором расстоянии от этого контура контур из проволоки с двумя шарами на концах, Герц обнаружил, что при проскакивании искры между шарами колебательного контура возникает искра и между шарами на концах витка провода (рис. 240). Следовательно, при электрических колебаниях в открытом контуре в пространстве вокруг него образуется вихревое электрическое поле. Это поле создаем электрический ток во вторичном контуре.  [c.248]

Б наших рассуждениях мы исходим из того, что на опыте обычно измеряется групповая скорость U. Это действительно так практически все приемники света реагируют на усредненное значение квадрата напряженности электрического поля . Более того, детальный анализ любого эксперимента по определению скорости электромагнитных волн показывает, что в опыте тем или иным способом образуется импульс света, который затем регистрируется. Наиболее ясно это выявляется при изучении различных способов, основанных на прерывании света (метод Физо, Майкельсона и т. д.). Следует также указать, что все радиолокационные установки в диапазоне УКВ работают на принципе эхо , регистрируя отраженный сигнал и измеряя т = 2R/U, где R — расстояние до исследуемого объекта. Так как в воздухе t/ = ц = с, то Я = сх/2. Многократная проверка правильности показаний локаторов и свидетельствует о том, что в этом случае U = с.  [c.50]

Из определений г, v и а следует, что все эти величины являются векторами. Сила F, напряженность электрического поля Е и индукция магнитного поля В также являются векторами чтобы доказать это, мы должны на основании опытных данных убедиться, что они обладают свойствами, необходимыми для векторов.  [c.47]

Известно, что электродинамика Максвелла в современном ее виде приводит к заключению об асимметрии в явлениях движения тел, которая, по-видимому, несвойственна этим явлениям. Представим себе, например, электродинамическое взаимодействие между магнитом и проводником с током. Наблюдаемое явление зависит здесь только от относительного движения проводника и магнита, в то время как согласно обычному представлению приходится строго различать два случая, в которых движется или одно, или другое из этих тел. В самом деле, если движется магнит, а проводник неподвижен, то вокруг магнита возникает электрическое поле с определенной энергией, создающее ток Б тех местах, где находятся части проводника. Если же неподвижен магнит, а движется проводник, то вокруг магнита не возникает никакого электрического поля, но зато мы обнаруживаем в проводнике электродвижущую силу, которой самой по себе не соответствует никакая энергия, но которая (считаем, что в обоих обсуждаемых случаях относительное движение одинаково) вызывает электрические токи той же величины и того же направления, что и токи, вызванные электрическим полем в первом случае.  [c.372]


Ионизационная камера. Простейшая ионизационная камера представляет собой замкнутый сосуд, заполненный газом под определенным давлением, внутри которого между электродами создается электрическое поле. Схема включения ионизационной камеры изображена на рисунке 6, а. На схеме ИК — ионизационная камера, А, К — ее электроды, Б — источник, создающий разность потенциалов между электродами, Г — устройство для измерения ионизационного тока. В некоторых ионизационных камерах одним из электродов являются стенки камеры, а другим — стержень или нить, расположенные в сосуде.  [c.38]

При помощи другого примера неподготовленному человеку можно продемонстрировать идею векторного поля. Известно, что все мечети в мире ориентированы своими входами на совершенно определенное географическое место – Мекку (рис. 4, а). Таким образом, совокупность всех мечетей формирует аналог векторного поля. Оно топологически сопоставимо, к примеру, с электрическим полем одиночного заряда, также имеющим векторную природу (рис. 4, б).  [c.12]

Принцип действия ФЭУ можно проследить на рис. 32.12. Фотоэлектроны, эмиттируемые с фотокатода ФК под действием электрического поля, ускоряются и попадают на первый промежуточный электрод Эу. Падая на него, фотоэлектроны вызывают эмиссию вторичных электронов, причем в определенных условиях эта вторичная эмиссия может в несколько раз превышать первоначальный поток фотоэлектронов. Конфигурация электродов такова, что большинство фотоэлектронов попадает на электрод Э,, а большинство вторичных электронов попадает на следующий электрод Эг, где  [c.650]

В отличие от упругой тепловая поляризация устанавливается достаточно медленно. Приложение внешнего злектрического поля к диэлектрику, находящемуся в состоянии термодинамического равновесия, приводит к определенной перестройке системы (диэлектрика). В результате этого через некоторое время, называемое временем релаксации, устанавливается новое поляризованное равновесное состояние. Если электрическое поле выключить, то за счет тепловых колебаний и перемещений частиц восстанавливается хаотическая ориентация диполей или хаотическое распределение электронов и ионов в ловушках . Поляризованное состояние че-  [c.283]

В эксперименте всегда измеряется групповая скорость света, поскольку, как уже указывалось, практически все приемники света реагируют на усредненное значение квадрата напряженности электрического поля . Кроме того, в любом опыте ио определению скорости электромагнитных волн тем или иным способом формируется импульс света, который затем регистрируется. В отличие от групповой скорости света фазовую скорость нельзя измерить непосредственно. Эту величину определяют из соотношения v = n.  [c.89]

В простейшем случае, когда направления тока и поля взаимно перпендикулярны (рис. 38), величина силы F не зависит от ориентации отрезка провода в плоскости ху, перпендикулярной к направлению магнитного поля. Этот простейший случай удобно использовать для определения зависимости силы F от силы тока / и длины жесткого провода I. Измерения показывают, что F пропорциональна И, и, следовательно, отношение F/It (при неизменном магнитном поле) есть величина постоянная, определяющая (аналогично случаю электрического поля) напряженность магнитного поля. Таким образом, при ПОМОШ.И динамометров, измеряющих силы, действующие на отрезок провода с током, мы определяем напряженность магнитного поля Н.  [c.79]

Из данного выражения могут быть определены эффективная масса электрона и высота потенциального барьера на инжектирующей границе. Для границы Si—SiOj значения эффективной массы и высоты потенциального барьера, полученные различными авторами, варьируются в пределах т Q,Ъ2mQ..Л,QЪmQ, ф = 2,8…3,19 эВ. Наблюдаемый разброс параметров связан с различными условиями эксперимента, накоплением заряда в диэлектрике в процессе измерений, влиянием дефектов на фанице раздела полупроводник—диэлектрик, применением при математической обработке результатов различных моделей туннельного процесса, учитывающих отклонения дисперсионной зависимости от параболической. Анализ (проведенный 3. Вайнбергом) полученных экспериментальных зависимостей туннельного тока от электрического поля, определенных по ним значений эффективной массы электрона и высоты потенциального барьера и применяемых при этом моделей туннель-  [c.118]

Можно предположить, что электрическое поле определенной интенсивности оказывает специфическое воздействие та целлюлозу, манример, инициируя процессы гидролиза глюкозных колец, что в конечном счете приводит разрушению волокон. Кроме того, известную роль играет, очевидно, осаждение осадка (шлама) на поверхности образцов бумаги в опытах с электрическим полем, что подтверждается более темным цветом образцов бумаги по сравнению с образцами бумаги в опытах без поля.  [c.280]

До сих пор при теоретическом анализе процессов коалесценции газовых пузырьков в жидкости предполагалось, что на газожидкостную систему не действуют внешние поля. Известно, что наложение внешнего электрического поля на рассматриваемую дисперсную систему приводит к увеличению вероятности коалесценции пузырьков определенных размеров и, следовательно, к существенному изменению распределения пузырьков газа по размерам в жидкости. Прежде чем перейти к постановке и рещению задачи об определении функции распределения пузырьков газа по размерам п V, t), обсудим вопрос о влиянии электрического поля на коалесценцию. Как известно, слияние пузырьков газа может произойти только при их столкновении. Однако не каждое столкновение является аффективным, т. е. не при каждом столкновении пузырьки коалесцируют. Эффективность коалесценции пузырьков определяется главным образом свойствами их поверхности. Поскольку точно учесть влияние свойств поверхности пузырька на эффективность коалесценции практически невозможно, используют усредненный коэффициент вероятности слияния двух пузырьков газа X. При х = 1 (случай, рассмотренный в предыдущем разделе) коалесценцию обычно называют быстрой, при х 1 — медленной. В разд. 4.4 показано, что при определенном значении напряженности электрического поля , j, деформированные полем пузырьки, имеющие в первом приближении форму эллипсоидов, начинают распадаться на более мелкие пузырьки. С другой стороны, при Е злектрическое поле увеличивает вероятность  [c.158]


Измерение. Раз.меры твердых частиц более 10 мк. можно определить просеиванпе.м через сито [1.38]. С помощью центрифуг и ультрацентрифуг можно отделить н измерить частицы размером от 10 до 10 мк. Для измерения и подсчета твердых частиц пли жидких капель размеро.м от 10 до 0,.5 мк можно использовать оптический. микроскоп при размерах частиц от 0,5 до 0,1 мк требуется электронный микроскоп [243]. Определение размеров частиц. менее 0,1 мк в газе или электролите осуществляется путем измерения их подвижности в электрическом поле (гл. 10). Размеры жидких капель или пузырьков газа обычно определяются одни.м из оптических методов, включающих фотографирование, последующее измерение и подсчет. По интенсивности рассеянного света можно определить распределение по размерам множества частиц (гл. 5).  [c.18]

Законы преломления и отражения, определяя направления отраженного и преломленного лучей, не дают никаких сведений об интенсивностях и фазах. Задачу определения интенсивностей и фаз отраженного и преломленного лучей можно решить, исходя из взаимодействия электромагнитной волны со средой. Согласно электронной теории, под действием электрического поля падающей волны электроны среды приводятся в колебания в такт с возбуждающим полем — световой волной. Колеблющийся электрон при этом излучает электромагнитные волны с частотой, равной частоте возбуждающего поля. Излученные таким образом волны называются вторичными. Вторичные Bojnibi оказываются когерентными как с первичной волной, так и мемаду собой. В результате взаимной интерференции происходит гашение световых волн во всех направлениях, кроме двух — в направлениях преломленного и отраженного лучей. В принципе можно, решая задачу интерференции, определить направления распространения, интенсивности и фазы обоих лучей. Однако решение ее, хотя и привело бы к результатам, согласующимся с опытными данными, представляется довольно сложным. Эту же задачу можно решить более простым путем,- используя систему уравнений Максвелла.  [c.45]

Объясним принцип модуляции света на основе линейного элект-рооптического явления. Для простоты рассмотрим кубический кристалл, обладающий изотропным показателем преломления п. На рис. 12.2 показан простейший электрооптический модулятор света. Кристалл с приложенным вдоль оси х напряжением Ej, помещен между скрещенными поляризаторами. На такую систему направляется свет, распространяющийся вдоль оси г. Расположим поляризатор Ml так, чтобы входящее в кристалл излучение было поляризовано под углом 45° по отношению к полю Е . Тогда падающий на кристалл свет имеет равные компоненты поля Е по осям X я у. Приложенное вдоль оси х электрическое поле вызовет определенную разность показателей преломления Ап для компонент светового поля по осям хну. Если длину кристалла по оси z обозначить через /, то возникшая разность фаз между компонентами светового вектора вдоль осей х а у по выходе света из кристалла  [c.287]

Очевидно, что поворот кристалла долмсен изменять распределение цветов рассеянных под определенными углами лучей. К тому же приводят и изл1енение температуры кристалла н воздействие на него электрического поля.  [c.411]

Теперь учтем сделанное вьшш предположение, что в активном веществе Ццр илев- Запишем выражение для волны, распространяющейся в активном веществе д -компонента напряженности электрического поля ( х)акт ( х)пр + ( хЬев. а /-компонента (Еуккт = ( y)rfp + (Еу)лев Вместо о в (4. 28) нужно ввести другую амплитуду Ео. меньшую Eq, так как часть энергии отразилась при входе в среду. Известно, как можно подсчитать по формулам Френеля Е о при определенной идеализации явления (например, при отсутствии поглощения), но сейчас нас эта проблема не интересует.  [c.157]

В заключении упомянем об одном явлении. В детальных экспериментах бьию замечено, что при определенных условиях опыта зависимость (/.) не является монотонной и имеет максимум в некоторой области спектра, зависящей от угла падения света на фотокатод, а также его поляризации. При этом оказалось, что такой селективный эффект наибольший в то.м случае, когда вектор напряженности электрического поля световой волн1.1 перпендикулярен поверхности металла, и практически не име( г места в то.м случае, когда эта компонента Е отсутствует (рис. 8.16 селективный эффект для двух направлений поляризации  [c.435]

Скорость тела, движущегося в вязкой среде. На тело, падающее в вязкой среде, действует сила сопротивления, равная —yv. Например, в опыте Милликена капля массой М, обладающая зарядом q, падает под действием силы тяжести Mg и электрического поля, напрян1енность которого равна Е. Капля быстро достигает конечной скорости Vg. Составьте и решите уравнение движения капли, из которого можно получить как функцию времени. (Указание. Ищите решение в виде v = А + и определите из уравнения значения а, Л и В, а также значения v при i = О и ( = оо.) Рассматривая предел при покажите, что конечная скорость равна = = (ij/M)t + gx, где т = 7H/y — время релаксации. Измерение конечной скорости в зависимости от напряженности электрического поля является удобным способом определения времени релаксации т и отсюда коэффициента затухания Y- В одном из подобных типичных опытов между двумя параллельными пластинами, находящимися на расстоянии 0,7 см друг от друга, поддерживается разность потенциалов 840 В (при этом  [c.234]

По своей конструкции счетчик обычно представляет металлический или стеклянный баллон цилиндрической формы диаметром в несколько сантиметров с тонкой металлической нитью по оси. Диаметр нити, как правило, не превышает 1 мм. Нить оголена, но в местах ввода тщательно изолирована от стенок цилиндра и заземлена через сопротивление. Цилиндрическая трубка наполняется газом (или смесью газов) под определенным давлением. Между нитью (анод счетчика) и стенками цилиндра (катод счетчика) подается разность потенциалов примерно в 10 —10 в (рис. 7). Вблизи нити вoзн [кaeт область сильного электрического поля, в этой области и происходит газовое усиление. Коэффициент газового усиления обычно не превышает 10 .  [c.40]

Величину qti принято называть собственным квадрупольный моментом ядра. Собственным квадрупольпым моментом называется квадрупольный момент, определенный в системе координат, в которой ось z совпадает с осью симметрии ядра. Экспериментально определяется не а наблюдаемый квадрупольный момент q. Наблюдаемым квадрупольный моментом q называется среднее значение квадрупольного момента, определенного в системе координат, в которой ось X совпадает с направлением градиента внешнего электрического поля. Собственный квадрупольные моменты связаны зависимостью  [c.127]


Такие определения можно выполнить интерференционным методом по схеме рис. 27.3. Сущность этого метода, принадлежащего Л. И. Мандельшта.му, состоит в том, что один из лучей в интерферометре Жамена пропускают через жидкость, помещаемую в электрическое поле (между пластинками конденсатора, расположенного в кювете К”), а другой луч направляют через жидкость, находящуюся вне электрического поля. Измеряя смещение полос интерференционной картины при включении электрического поля, определяем П/, — п или По — п в зависимости от первоначальной установки поляризатора N. Если поляризатор установлен так, что колебания вектора электрического поля света происходят параллельно внешнему полю (вдоль оптической оси ), то наблюдаемое смещение полос определяет величину — п при повороте поляризатора на 90″ — величину Пд — п.  [c.530]

Аналогично возникновению двойного лучепреломления в электрическом поле возможно также и создание искусственной анизотропии под действием магнитного поля. Если анизотропные молекулы обладают дополнительно постоянным мдгнитным моментом (парамагнитное тело), подобно тому, как молекулы, будучи анизотропными, обладают постоянным электрическим моментом, то их поведение под действием магнитного поля должно представлять аналогию с явлением, наблюдаемым в электрическом поле. В отсутствие внешнего магнитного поля хаотическое расположение молекул обеспечивает макроскопическую изотропию среды, несмотря на анизотропию отдельных молекул. Наложение достаточно сильного магнитного поля, воздействующего на магнитные моменты молекул, ориентирует их определенным образом относительно этого внешнего поля. Ориентация анизотропных молекул сообщает всей среде свойства анизотропии, которые можно наблюдать обычным способом. Действительно, удалось обнаружить возникковенпе двойного лучепреломления под действием сильного магнитного поля, направлен-  [c.536]

Возникновение доменов можно представить себе следующим образом. Взаимодействие между соседними диполями приводит к их упорядочению в кристалле. Это стремление к упорядочению передается от диполя к диполю, так что целые макроскопические области твердого тела становятся поляризованными в определенном направлении. Однако энергетически выгодным является образование не однодоменной структуры, а многодоменной. Однодоменный кристалл создает в окружающем пространстве электрическое поле, которое, как было отмечено выше, называют деполяризующим (рис. 8.14,а). Из рис. 8.14,6 видно, что уже в двухдоменном кристалле энергия деполяризующего поля меньше. Дальнейшее снижение энергии деполяризации наблюдается при образовании многодоменной структуры (рис. 8.14,е).  [c.299]

Магнитное поле при включении не сразу достигает своей конечной величины, а устанавливается в течение определенного промежутка времени. Этот промежуток времени настолько велик по сравнению с периодом обращения эле Строна, что весь процесс можно рассматривать как очень медленный, подобно квазистатическим процессам в термодинамике. Поэтому в каждый момент времени должно соблюдаться равенство между суммой квазиупругой силы и силы Лоренца, с одной стороны, и центростремительной силой — с другой. Однако центростремительная сила будет меняться, потому что возрастание магнитного поля по закону электромагнитной индукции влечет за собой появление вихревого электрического поля с осью симметрии, совпадающей с направлением магнитного поля. Именно это электрическое поле в силу своего вихревого характера ускоряет электрон, изменяя кинетическую энергию его орбитального движения. Сила Лоренца не может изменить частоту обращения, так как она направлена перпендикулярно к скорости и, следовательно, никакой работы совершить не может.  [c.108]


Электростатическое поле и его характеристики

Электрический заряд, помещенный в некоторую точку пространства, изменяет свойства данного пространства. То есть заряд порождает вокруг себя электрическое поле.  Электростатическое поле – особый вид материи.

Электростатическое поле существующий вокруг неподвижный заряженных тел, действует на заряд с некоторой силой, вблизи заряда – сильнее.
Электростатическое поле не изменяется во времени.
Силовой характеристикой электрического поля является напряженность

Напряженностью электрического поля в данной точке называется векторная физическая величина, численно равная силе, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля. 

За единицу измерения напряженности электрического поля в СИ принимают

Если на пробный заряд, действуют силы со стороны нескольких зарядов, то эти силы по принципу суперпозиции сил независимы, и результирующая этих сил равна векторной сумме сил. Принцип суперпозиции (наложения) электрических полей: Напряженность электрического поля системы зарядов в данной точке пространства равна векторной сумме напряженностей электрических полей, создаваемых в данной точке пространства, каждым зарядом системы в отдельности:
             
         или        
                                                                                                                                                                  Электрическое поле удобно представлять графически с помощью силовых линий.

Силовыми линиями (линиями напряженности электрического поля) называют линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением вектора напряженности в данной точке.


Силовые линии начинаются на положительном заряде и заканчиваются на отрицательном (Силовые линии электростатических полей точечных зарядов.).

Густота линий напряженности характеризует напряженность поля (чем плотнее располагаются линии, тем поле сильнее).  

Электростатическое поле точечного заряда неоднородно (ближе к заряду поле сильнее).

Силовые линии электростатических полей бесконечных равномерно заряженных плоскостей.
Электростатическое поле бесконечных равномерно заряженных плоскостей однородно. Электрическое поле, напряженность во всех точках которого одинакова, называется однородным.


Силовые линии электростатических полей двух точечных зарядов.

Потенциал – энергетическая характеристика электрического поля.

Потенциал – скалярная физическая величина, равная отношению потенциальной энергии, которой облает электрический заряд в данной точке электрического поля, к величине этого заряда.
Потенциал показывает какой потенциальной энергией будет обладать единичный положительный заряд, помещенный в данную точку электрического поля.                φ = W / q
где φ – потенциал в данной точке поля, W- потенциальная энергия заряда в данной точке поля.
За единицу измерения потенциала в системе СИ принимают  [φ] = В        (1В = 1Дж/Кл )
За единицу потенциала принимают потенциал в такой точке, для перемещения в которую из бесконечности электрического заряда 1 Кл, требуется совершить работу, равную 1 Дж.
Рассматривая электрическое поле, созданное системой зарядов, следует для определения потенциала поля использовать принцип суперпозиции:
Потенциал электрического поля системы зарядов в данной точке пространства равен алгебраической сумме потенциалов электрических полей, создаваемых в данной точке пространства, каждым зарядом системы в отдельности:

Вектор напряженности в данной точке поля всегда направлен в область уменьшения потенциала.

Воображаемая поверхность, во всех точках которой потенциал принимает одинаковые значения, называется эквипотенциальной поверхностью. При перемещении электрического заряда от точки к точке вдоль эквипотенциальной поверхности энергия его не меняется. Эквипотенциальных поверхностей для заданного электростатического поля может быть построено бесконечное множество.
Вектор напряженности в каждой точке поля всегда перпендикулярен к эквипотенциальной поверхности, проведенной через данную точку поля.

Электромагнитное поле. Измерение электромагнитного поля

Главная / Информация / Статьи / Электромагнитное поле. Измерение электромагнитного поля

Электромагнитное поле – это фундаментальное физическое поле, взаимодействующее с электрически заряженными телами, представимое как совокупность электрического и магнитного полей, которые могут при определенных условиях порождать друг друга. Электромагнитное поле (его изменение со временем) описывается в электродинамике в классическом приближении посредством системы уравнений Максвелла. При переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой электрическое и магнитное поле в новой системе отсчета – каждое зависит от обоих – электрического и магнитного – в старой, и это еще одна из причин, заставляющая рассматривать электрическое и магнитное поле как проявления единого электромагнитного поля.

В современной формулировке электромагнитное поле представлено тензором электромагнитного поля, компонентами которого являются три компоненты напряженности электрического поля и три компоненты напряженности магнитного поля (или – магнитной индукции), а также четырехмерным электромагнитным потенциалом – в определенном отношении еще более важным.

Действие электромагнитного поля на заряженные тела описывается в классическом приближении посредством силы Лоренца. Квантовые свойства электромагнитного поля и его взаимодействия с заряженными частицами (а также квантовые поправки к классическому приближению) – предмет квантовой электродинамики, хотя часть квантовых свойств электромагнитного поля более или менее удовлетворительно описывается упрощенной квантовой теорией, исторически возникшей заметно раньше.

Распространение возмущений электромагнитного поля на далекие расстояния называется электромагнитной волной (электромагнитными волнами). Любая электромагнитная волна распространяется в пустом пространстве (вакууме) с одинаковой скоростью – скоростью света (свет также является электромагнитной волной). В зависимости от длины волны электромагнитное излучение подразделяется на радиоизлучение, свет (в том числе инфракрасный и ультрафиолет), рентгеновское излучение и гамма-излучение.

История открытия:

В 1819г. датский физик Г. Х. Эрстед обнаружил, что проводник, по которому течёт электрический ток, вызывает отклонение стрелки магнитного компаса, из чего следовало, что электрические и магнитные явления взаимосвязаны.

Французский физик и математик А. Ампер в 1824г. дал математическое описание взаимодействия проводника тока с магнитным полем.

В 1831г. английский физик М. Фарадей экспериментально обнаружил и дал математическое описание явления электромагнитной индукции – возникновения электродвижущей силы в проводнике, находящемся под действием изменяющегося магнитного поля.

В 1864г. Дж. Максвелл создаёт теорию электромагнитного поля, согласно которой электрическое и магнитное поля существуют как взаимосвязанные составляющие единого целого – электромагнитного поля. Эта теория с единой точки зрения объясняла результаты всех предшествующих исследований в области электродинамики, и, кроме того, из неё вытекало, что любые изменения электромагнитного поля должны порождать электромагнитные волны, распространяющиеся в диэлектрической среде (в том числе, в пустоте) с конечной скоростью, зависящей от диэлектрической и магнитной проницаемости этой среды. Для вакуума теоретическое значение этой скорости, было близко к экспериментальным измерениям скорости света, полученным на тот момент, что позволило Максвеллу высказать предположение (впоследствии подтвердившееся), что свет является одним из проявлений электромагнитных волн.

В 1887г. немецкий физик Г. Герц поставил эксперимент, полностью подтвердивший теоретические выводы Максвелла. Его экспериментальная установка состояла из находящихся на некотором расстоянии друг от друга передатчика и приёмника электромагнитных волн, и фактически представляла собой исторически первую систему радиосвязи.

В связи со всё большим распространением источников электромагнитного поля в быту (СВЧ-печи, мобильные телефоны, теле-радиовещание) и на производстве (оборудование ТВЧ, радиосвязь), большое значение приобретает измерение и нормирование уровней ЭМП. Нормирование уровней ЭМП проводится раздельно для рабочих мест и санитарно-селитебной зоны. Контроль за уровнями ЭМП возложен на органы санитарного надзора и инспекцию электросвязи, а на предприятиях – на службу охраны труда.

Предельно-допустимые уровни ЭМП в разных радиочастотных диапазонах различны.

Измерение электромагнитного поля целесообразно проводить для определения его интенсивности, ведь любой человек подвержен его интенсивному воздействию. Измерение электромагнитного излучения позволяет оценить степень возмущения электрических и магнитных полей, которые образуются около работающих систем радиосвязи, бытовой техники, производственного оборудования и т. д.

Измерение электромагнитного излучения – очень важный момент, так как это излучение не вполне изучено, но доказано учёными, что оно влияет на живые организмы и может являться причиной повышенной утомляемости, слабости, скачков артериального давления и многих других неприятностей со здоровьем. Узнать, является ли уровень электромагнитного излучения в Вашем доме нормальным, можно с помощью измерения электромагнитного поля вокруг бытовых и радио проборов с помощью специальных устройств, а именно, измерителей напряжённости электромагнитных полей.

Электрические поля: определение и примеры – видео и стенограмма урока

Статические электрические поля

Статические электрические поля или электростатические поля создаются стационарными зарядами и не связаны с магнитными полями. Возможно, вы столкнулись с тем же явлением, когда белье цепляется друг за друга во время извлечения из сушилки. Молния также вызывается очень сильным статическим электрическим полем между облаком и землей.

Электрическое поле имеет четкое направление и определенную интенсивность в каждой точке поля.Это связано с тем, что сила, действующая на любой конкретный заряд, варьируется по величине и направлению от точки к точке внутри поля. Электрические поля представлены линиями так же, как магнитные поля.

На этом изображении показаны электрические поля вокруг изолированных положительных и отрицательных зарядов, двух разнородных зарядов (один положительный и один отрицательный) и двух одинаковых зарядов (оба положительных). Стрелки на линиях показывают направление действия электрических сил. Разделение между линиями указывает на напряженность электрического поля.Как и следовало ожидать, чем дальше мы удаляемся от зарядов, тем меньше напряженность электрического поля. Вы также можете видеть, как и в случае с магнитными полями, в отличие от электрических зарядов притягиваются, а подобные заряды отталкиваются друг от друга. Линии электрического поля вокруг положительно заряженной частицы направлены радиально наружу, а линии вокруг отрицательно заряженной частицы – радиально внутрь.

Сила, с которой два электрических заряда притягивают или отталкивают друг друга, косвенно пропорциональна квадрату расстояния между двумя зарядами.Другими словами, если расстояние между двумя зарядами сокращается вдвое, сила между ними увеличивается в четыре раза. Если расстояние между двумя зарядами увеличивается вдвое, сила между ними составляет одну четверть исходной силы.

Примером электростатического поля является то, что создается конденсатором с параллельными пластинами. Конденсатор с параллельными пластинами состоит из двух параллельных пластин с одинаковой площадью поверхности, разделенных определенным расстоянием. Объем между пластинами заполнен диэлектрическим материалом.Диэлектрический материал также называют изолятором. В идеальном диэлектрике через материал не протекает ток. Примеры диэлектриков включают стекло, парафин, слюду и кварц.

Источник постоянного напряжения (DC) подключен к двум проводящим пластинам. Заряд одинаковой и противоположной полярности переносится на поверхности проводников. Из-за приложенной разности напряжений положительный заряд равномерно накапливается на пластине, подключенной к клемме положительного напряжения, а отрицательный заряд равномерно накапливается на пластине, подключенной к клемме отрицательного напряжения.В диэлектрической среде между пластинами заряды создают однородное электрическое поле в направлении от положительных зарядов к отрицательным.

Динамические электрические поля

Динамические поля или изменяющиеся во времени поля индуцируются изменяющимися во времени источниками. Изменяющиеся во времени поля используются для создания электромагнитных волн, которые используются в таких вещах, как оборудование для радио- и телевещания, радары, рентгеновские и ультразвуковые аппараты, микроволновые печи, сотовые и беспроводные телефонные системы и беспроводные маршрутизаторы.

Источники, изменяющиеся во времени, включают электрические токи и плотности заряда. Если ток, связанный с пучком движущихся заряженных частиц, изменяется со временем, то количество заряда, присутствующего в пучке, также изменяется со временем, и наоборот. В этом случае электрическое и магнитное поля связаны друг с другом. Изменяющееся во времени электрическое поле создает изменяющееся во времени магнитное поле, и наоборот. Электрическое поле и магнитное поле всегда перпендикулярны (то есть на 90 градусов друг от друга) друг к другу.Непрерывная генерация электрического и магнитного полей, разнесенных на 90 градусов друг от друга, заставляет волну «путешествовать» во времени и пространстве.

Примером изменяющегося во времени поля является электрическое (и магнитное) поле, создаваемое монопольной антенной, используемой в радиовещании. Передатчик, который является источником переменного тока (AC), подключен к антенне. Это обеспечивает изменяющийся во времени ток, необходимый для создания изменяющегося во времени магнитного поля, которое, в свою очередь, генерирует изменяющееся во времени электрическое поле.Цикл непрерывный, и антенна выпускает электромагнитную волну в воздух.

Краткое содержание урока

Электрическое поле – это сила, заполняющая пространство вокруг каждого электрического заряда или группы зарядов. Есть два типа электрических полей: статических (или электростатических) полей и динамических (или изменяющихся во времени) полей . Электрические поля имеют определенную величину и определенное направление. Величина (или напряженность) электрического поля в любой точке задается уравнением: E = F / q – сила, испытываемая зарядом в этой точке, деленная на заряд.Примеры электрических полей включают поле, создаваемое в диэлектрике конденсатора с параллельными пластинами (которое создает электростатическое поле) и электромагнитную волну, создаваемую монопольной антенной радиовещания (которая создает изменяющееся во времени поле).

Электрическое поле | IOPSpark

Электрическое поле

Электричество и магнетизм

Электрическое поле

Глоссарий Определение для 16-19

Описание

Электрическое поле существует в любой области, где на заряженную частицу действует сила, которая зависит только от заряда и положения частицы.

Электрическое поле в точке – это векторная величина, обычно обозначаемая символом E .

Электрическое поле в точке определяется как сила на единицу заряда, которая действует на небольшую положительно заряженную частицу, находящуюся в этой точке.

Если небольшой испытательный заряд размером q подвергается действию силы F в какой-то момент, а F зависит только от заряда и положения частицы, то электрическое поле в этой точке определяется как

E = F q

Обсуждение

Электрическое поле иногда называют напряженностью электрического поля; этот глоссарий избегает этого термина, потому что его можно спутать с величиной электрического поля.

Представление электрических полей

Электрические поля могут быть представлены графически линиями электрического поля и / или эквипотенциалами.

Линии электрического поля представляют направление и величину электрического поля в некоторой области трехмерного пространства. Линии поля являются непрерывными, если в области нет зарядов, на которых силовые линии могут начинаться или заканчиваться. Ориентация силовых линий указывает направление электрического поля.Сильное поле представлено линиями поля, проведенными близко друг к другу; чем ближе расстояние, тем сильнее поле.

Эквипотенциальные точки соединения с одинаковым потенциалом. В трехмерном пространстве эквипотенциалы представляют собой поверхности, но они часто представлены линиями в двумерном «срезе» области. Эквипотенциалы обычно рисуются так, чтобы между каждым из них и его соседями была постоянная разность электростатических потенциалов. Расстояние между эквипотенциалами указывает величину поля; чем ближе эквипотенциалы, тем больше градиент потенциала – другими словами, тем сильнее поле.

Линия поля в любой точке всегда перпендикулярна эквипотенциалу, проведенному через эту точку. Направление поля от высокого к низкому электростатическому потенциалу

На рисунке 1 показаны силовые линии и эквипотенциалы для однородного электрического поля между двумя параллельными пластинами.

Рисунок 1. Линии поля (сплошные стрелки) и эквипотенциалы (пунктирные линии) для электрического поля между двумя параллельными противоположно заряженными проводящими пластинами

На рисунке 2 показано радикальное поле изолированного точечного заряда или сферическое распределение заряда.Если заряд положительный, поле направлено радиально наружу; если он отрицательный, поле направлено радиально внутрь.

Рисунок 2: Электрическое поле от положительно заряженного сферического объекта

Единицы СИ

ньютон на кулон, N C -1 ; вольт на метр, В · м -1

Выражается в базовых единицах СИ

кг м с -3 A -1

Математические выражения
  • Если тестовый заряд q подвергается действию электростатической силы F в какой-то момент, то электрическое поле в этой точке определяется как

    E = F q

  • В любой точке, расположенной на расстоянии r от точечного заряда Q в свободном пространстве (вакууме), величина электрического поля, обусловленного точечным зарядом, составляет

    E = Q 4 π ε 0 r 2

    где ε 0 – диэлектрическая проницаемость свободного пространства, а поле действует в радиальном направлении, как показано на рис. 2 .

  • Если существует разность электростатических потенциалов ΔV между двумя бесконечными параллельными проводящими пластинами, разделенными расстоянием d, то между пластинами существует однородное электрическое поле, величина которого равна

    E = Δ V d

  • В более общем смысле, компонент x электрического поля равен

    E x = – d V d x

    и аналогично для компонентов y и x

Связанные записи
  • Заряд
  • Электростатический потенциал
  • Сила
  • Разность потенциалов, электростатическая
В контексте

В жидкокристаллических дисплеях (ЖК-дисплеях) электрические поля используются для управления ориентацией длинных молекул, которые имеют небольшой положительный заряд на одном конце и небольшой отрицательный заряд на другом.Величина поля, используемого в ЖК-дисплеях, обычно составляет ~ 10 6 N C -1 . Электрон имеет заряд q = -1,60 × 10 -19 Кл, поэтому, находясь в поле такой величины, электрон испытывает силу, которая действует в направлении, противоположном полю, и имеет величину F = 1,60 × 10 -13 Н. Ближе к поверхности Земли существует естественное электрическое поле силой около 150 N C -1 , которое ослабевает с увеличением высоты.Поле направлено вертикально вниз – Земля заряжена отрицательно, тогда как атмосфера имеет чистый положительный заряд. Поле создается и поддерживается различными процессами, включая взаимодействие космических лучей и солнечного ветра (поток заряженных частиц) с атмосферой, а также радиоактивность на Земле.

Электрическое поле

Электрический напряженность поля

сила или напряженность электрического поля в любой точке в электрическом поле называется электрическим полем сила.

Для описания электрического поля мы необходимо указать его силу. Напряженность электрического поля в любой точке электрического поля определяется размещение единичного заряда в этой точке. Когда блок заряд помещен в электрическое поле, он будет испытывать электрическая сила. Эта электрическая сила либо привлекательный или отталкивающий.

количество электрической силы, действующей на единичный заряд, помещенный на любая точка в электрическом поле называется электрическим полем напряженность или напряженность электрического поля.

Если количество силы, действующей на единичный заряд в данной точке меньше, напряженность электрического поля в этой точке меньше. Аналогичным образом, если сила, действующая на единицу заряд в данной точке высок, напряженность электрического поля в этот момент высокий.Напряженность или напряженность электрического поля – векторная величина; он имеет как величину, так и направление.

Электрический Напряженность поля математически можно определить как силу на плата за единицу

как мы знаем, что сила измеряется в Ньютонах, а заряд измеряется в кулонах. Следовательно, напряженность электрического поля равна измеряется в Ньютонах на кулон (Н / Кл).

Типы электрического поля

Электрические поля четырех типы:

  • Равномерное электрическое поле
  • Неоднородное электрическое поле
  • Статическое электрическое поле
  • Изменяющееся во времени электрическое поле

Униформа электрическое поле – это электрическое поле, в котором в каждой точке в электрическом поле имеет постоянное электрическое поле сила.
  • Неоднородное электрическое поле

Неоднородный электрическое поле – это электрическое поле, в котором при любых двух точки в электрическом поле не имеют постоянного напряженность электрического поля.

В напряженность электрического поля, которая не меняется в зависимости от относительно времени называется статическим электрическим полем.Этот статический электрическое поле создается статическими электрическими зарядами.
  • Электрический переменный во времени поле

В напряженность электрического поля, которое изменяется в зависимости от время называется изменяющимся во времени электрическим полем.

Самый быстрый словарь в мире: словарь.com

  • электрическое поле силовое поле, окружающее заряженную частицу

  • электрический дублет диполь с равными и противоположными электрическими зарядами

  • Розетка электрической розетки, обеспечивающая место в системе электропроводки, где ток может использоваться для работы электрических устройств

  • электрический свет электрическая лампа, состоящая из прозрачного или полупрозрачного стеклянного корпуса, содержащего проволочную нить накала (обычно вольфрамовую), излучающую свет при нагревании электрическим током

  • Розетка электрической розетки, обеспечивающая место в системе электропроводки, где ток может использоваться для работы электрических устройств

  • электрический элемент: устройство, подающее электрический ток в результате химической реакции

  • электрическая дрель вращающаяся дрель с приводом от электродвигателя

  • электрический ток Поток электричества через проводник

  • звонок электрический звонок, активируемый магнитным действием электрического тока

  • электрокамин небольшой электрический обогреватель

  • Счет за электричество Счет за использованную электроэнергию

  • электрический угорь Пресноводная рыба Южной Америки в форме угря, имеющая в теле электрические органы

  • электрическое реле электрическое устройство, такое, что ток, протекающий через него в одной цепи, может включать и выключать ток во второй цепи

  • электрические, относящиеся к электричеству или связанные с электричеством

  • электрический сом Пресноводный сом Нила и тропической части Африки, имеющий электрический орган

  • электрический предохранитель: электрическое устройство, которое может прерывать прохождение электрического тока при его перегрузке

  • .
  • электрический диполь диполь с равными и противоположными электрическими зарядами

  • электрическая розетка розетка, в которую можно вставить лампочку

  • электрон-вольт Единица энергии, равная работе, совершаемой электроном, ускоренным через разность потенциалов в 1 вольт

  • электробритва бритва с электродвигателем

  • Электрическое поле – Энциклопедия Нового Света

    Электромагнетизм
    Электричество · Магнетизм
    Магнитостатика
    Закон Ампера · Электрический ток · Магнитное поле · Магнитный поток · Закон Био – Савара · Магнитный дипольный момент · Закон Гаусса для магнетизма ·
    Электродинамика
    Свободное пространство · Закон силы Лоренца · ЭДС · Электромагнитная индукция · Закон Фарадея · Ток смещения · Уравнения Максвелла · ЭМ поле · Электромагнитное излучение · -Потенциалы Вихерта · Тензор Максвелла · Вихретоковый ·
    Ковариантный состав
    Электромагнитный тензор · EM Тензор энергии-напряжения · Четырехтоковый · Четырехпотенциальный ·

    В физике пространство, окружающее электрический заряд или в присутствии изменяющегося во времени магнитного поля, имеет свойство, называемое электрическим полем (которое также можно приравнять к плотности электрического потока ).Это электрическое поле действует на другие электрически заряженные объекты. Понятие электрического поля было введено Майклом Фарадеем.

    Электрическое поле – это векторное поле с единицами СИ – ньютон на кулон (N C -1 ) или, что эквивалентно, вольт на метр (В · м -1 ). Напряженность поля в данной точке определяется как сила, которая будет приложена к положительному испытательному заряду в +1 кулон, помещенному в эту точку; направление поля определяется направлением этой силы.Электрические поля содержат электрическую энергию с плотностью энергии, пропорциональной квадрату напряженности поля. Электрическое поле заряжается так же, как гравитационное ускорение относится к массе, а плотность силы – к объему.

    Движущийся заряд имеет не только электрическое, но и магнитное поле, и в целом электрическое и магнитное поля не являются полностью отдельными явлениями; то, что один наблюдатель воспринимает как электрическое поле, другой наблюдатель в другой системе отсчета воспринимает как смесь электрического и магнитного полей.По этой причине говорят об «электромагнетизме» или «электромагнитных полях». В квантовой механике возмущения в электромагнитных полях называются фотонами, а энергия фотонов квантуется.

    Определение

    Стационарная заряженная частица в электрическом поле испытывает силу, пропорциональную ее заряду, определяемую уравнением

    F = q [−∇ϕ − ∂A∂t] {\ displaystyle \ mathbf {F} = q [- \ nabla \ phi – {\ frac {\ partial \ mathbf {A}} {\ partial t}} ]}

    где плотность магнитного потока определяется как

    B = ∇ × A {\ displaystyle \ mathbf {B} = \ nabla \ times \ mathbf {A}}

    и где −∇ϕ {\ displaystyle – \ nabla \ phi} – кулоновская сила.(См. Раздел ниже).

    Электрический заряд является характеристикой некоторых субатомных частиц и квантуется, когда выражается как кратное так называемому элементарному заряду e. Электроны по соглашению имеют заряд -1, а протоны имеют противоположный заряд +1. Кварки имеют дробный заряд -1/3 или +2/3. Их эквиваленты-античастицы имеют противоположный заряд. Есть и другие заряженные частицы.

    Обычно заряженные частицы одного знака отталкиваются друг от друга, а заряженные частицы разных знаков притягиваются.Количественно это выражается в законе Кулона, который гласит, что величина отталкивающей силы пропорциональна произведению двух зарядов и ослабевает пропорционально квадрату расстояния.

    Электрический заряд макроскопического объекта – это сумма электрических зарядов составляющих его частиц. Часто чистый электрический заряд равен нулю, поскольку, естественно, количество электронов в каждом атоме равно количеству протонов, поэтому их заряды сокращаются. Ситуации, в которых чистый заряд не равен нулю, часто называют статическим электричеством.Кроме того, даже когда чистый заряд равен нулю, он может быть распределен неравномерно (например, из-за внешнего электрического поля), и тогда материал называется поляризованным, а заряд, связанный с поляризацией, известен как связанный заряд. (в то время как внесенная извне превышенная плата называется бесплатной). Упорядоченное движение заряженных частиц в определенном направлении (в металлах это электроны) известно как электрический ток. Дискретная природа электрического заряда была предложена Майклом Фарадеем в его экспериментах по электролизу, а затем прямо продемонстрирована Робертом Милликеном в его эксперименте с каплей масла.

    Единицей измерения количества электричества или электрического заряда в системе СИ является кулон, который представляет приблизительно 1,60 × 10 19 элементарных зарядов (заряд одного электрона или протона). Кулон определяется как количество заряда, прошедшего через поперечное сечение электрического проводника, несущего один ампер за одну секунду. Символ Q часто используется для обозначения количества электричества или заряда. Количество электрического заряда можно измерить непосредственно электрометром или косвенно с помощью баллистического гальванометра.

    Формально мера заряда должна быть кратна элементарному заряду e (заряд квантуется), но поскольку это средняя макроскопическая величина, на много порядков превышающая единичный элементарный заряд, она может эффективно принимать любой реальная стоимость. Более того, в некоторых контекстах имеет смысл говорить о долях заряда; например при зарядке конденсатора.

    Если заряженную частицу можно рассматривать как точечный заряд, электрическое поле определяется как сила, которую она испытывает на единицу заряда:

    E = Fq {\ displaystyle \ mathbf {E} = {\ frac {\ mathbf {F}} {q}}}

    где

    F {\ displaystyle \ mathbf {F}} – электрическая сила , испытываемая частицей
    q – его заряд
    E {\ displaystyle \ mathbf {E}} – электрическое поле, в котором расположена частица.

    В буквальном смысле это уравнение определяет электрическое поле только в тех местах, где присутствуют стационарные заряды.Кроме того, сила, создаваемая другим зарядом q {\ displaystyle q}, изменит распределение источника, что означает, что электрическое поле в присутствии q {\ displaystyle q} отличается от самого себя в отсутствие q {\ displaystyle q}. Однако электрическое поле данного распределения источника остается определенным при отсутствии каких-либо зарядов, с которыми можно взаимодействовать. Это достигается путем измерения силы, прилагаемой к последовательно уменьшающимся испытательным зарядам , размещенным вблизи источника распределения.Посредством этого процесса электрическое поле, создаваемое заданным распределением источника, определяется как предел, когда пробный заряд приближается к нулю силы на единицу заряда, приложенной к нему.

    E = limq → 0Fq {\ displaystyle \ mathbf {E} = \ lim _ {q \ to 0} {\ frac {\ mathbf {F}} {q}}}

    Это позволяет электрическому полю быть зависит только от исходного дистрибутива.

    Как ясно из определения, направление электрического поля совпадает с направлением силы, которую оно будет оказывать на положительно заряженную частицу, и противоположно направлению силы, действующей на отрицательно заряженную частицу.{\ displaystyle \ mathbf {\ hat {r}}} – это единичный вектор, указывающий от частицы с зарядом Q на точку оценки электрического поля,

    ε0 {\ displaystyle \ varepsilon _ {0}} – диэлектрическая проницаемость вакуума.

    Закон Кулона на самом деле является частным случаем закона Гаусса, более фундаментального описания взаимосвязи между распределением электрического заряда в пространстве и результирующим электрическим полем. Закон Гаусса – одно из уравнений Максвелла, набор из четырех законов, управляющих электромагнетизмом.

    Поля, изменяющиеся во времени

    Заряды создают не только электрические поля. При движении они генерируют магнитные поля, а если магнитное поле изменяется, оно генерирует электрические поля. Изменяющееся магнитное поле порождает электрическое поле,

    E = −∇ϕ − ∂A∂t {\ displaystyle \ mathbf {E} = – \ nabla \ phi – {\ frac {\ partial \ mathbf {A}} {\ partial t}}}

    , который дает закон индукции Фарадея,

    ∇ × E = −∂B∂t {\ displaystyle \ nabla \ times \ mathbf {E} = – {\ frac {\ partial \ mathbf {B}} {\ partial t}}}

    где

    ∇ × E {\ displaystyle \ nabla \ times \ mathbf {E}} указывает изгиб электрического поля,
    −∂B∂t {\ displaystyle – {\ frac {\ partial \ mathbf {B}} {\ partial t}}} представляет вектор скорости уменьшения магнитного поля со временем.

    Это означает, что магнитное поле, изменяющееся во времени, создает искривленное электрическое поле, которое, возможно, также изменяется во времени. Ситуация, в которой электрические или магнитные поля изменяются во времени, уже не электростатика, а скорее электродинамика или электромагнетизм.

    Свойства (в электростатике)

    Иллюстрация электрического поля, окружающего положительный (красный) и отрицательный (зеленый) заряд.

    Согласно уравнению (1) выше, электрическое поле зависит от положения.Электрическое поле из-за любого отдельного заряда спадает как квадрат расстояния от этого заряда.

    Электрические поля подчиняются принципу суперпозиции. Если присутствует более одного заряда, полное электрическое поле в любой точке равно векторной сумме соответствующих электрических полей, которые каждый объект создавал бы в отсутствие других.

    Etotal = ∑iEi = E1 + E2 + E3… {\ displaystyle \ mathbf {E} _ {\ rm {total}} = \ sum _ {i} \ mathbf {E} _ {i} = \ mathbf {E } _ {1} + \ mathbf {E} _ {2} + \ mathbf {E} _ {3} \ ldots \, \!}

    Если этот принцип распространить на бесконечное число бесконечно малых элементов заряда , получается следующая формула:

    E = 14πε0∫ρr2r ^ dV {\ displaystyle \ mathbf {E} = {\ frac {1} {4 \ pi \ varepsilon _ {0}}} \ int {\ frac {\ rho} {r ^ {2 }}} \ mathbf {\ hat {r}} \, \ mathrm {d} V}

    где

    ρ {\ displaystyle \ rho} – плотность заряда или количество заряда на единицу объема.

    Электрическое поле в точке равно отрицательному градиенту электрического потенциала в этой точке. В символах

    E = −∇ϕ {\ displaystyle \ mathbf {E} = – \ nabla \ phi}

    где

    ϕ (x, y, z) {\ displaystyle \ phi (x, y, z)} – скалярное поле, представляющее электрический потенциал в данной точке.

    Если несколько пространственно распределенных зарядов генерируют такой электрический потенциал, например в твердом теле также может быть определен градиент электрического поля.

    Учитывая диэлектрическую проницаемость ε {\ displaystyle \ varepsilon} материала, которая может отличаться от диэлектрической проницаемости свободного пространства ε0 {\ displaystyle \ varepsilon _ {0}}, поле электрического смещения равно:

    D = εE {\ displaystyle \ mathbf {D} = \ varepsilon \ mathbf {E}}

    Энергия в электрическом поле

    Электрическое поле накапливает энергию. Плотность энергии электрического поля определяется выражением

    u = 12ε | E | 2 {\ displaystyle u = {\ frac {1} {2}} \ varepsilon | \ mathbf {E} | ^ {2}}

    где

    ε {\ displaystyle \ varepsilon} – диэлектрическая проницаемость среды, в которой существует поле
    E {\ displaystyle \ mathbf {E}} – вектор электрического поля.{2}}} \ mathbf {\ hat {r}} = m \ mathbf {g}}

    Это предполагает сходство между электрическим полем E {\ displaystyle E} и гравитационное поле g {\ displaystyle g}, поэтому иногда массу называют «гравитационным зарядом».

    Сходства между электростатическими и гравитационными силами:

    1. Оба действуют в вакууме.
    2. Оба они центральные и консервативные.
    3. Оба подчиняются закону обратных квадратов (оба обратно пропорциональны квадрату r).
    4. Оба распространяются с конечной скоростью c.

    Различия между электростатическими и гравитационными силами:

    1. Электростатические силы намного превосходят силы тяжести (примерно в 10 36 раз).
    2. Гравитационные силы притягивают одинаковые заряды, тогда как электростатические силы отталкивают одноименные заряды.
    3. Нет отрицательных гравитационных зарядов (нет отрицательной массы), но есть как положительные, так и отрицательные электрические заряды. Это различие в сочетании с предыдущим подразумевает, что гравитационные силы всегда притягивают, в то время как электростатические силы могут быть либо притягивающими, либо отталкивающими.
    4. Электрический заряд инвариантен, а релятивистская масса – нет.

    См. Также

    Список литературы

    • Гибилиско, Стан. 2005. Электричество демистифицировано. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN 0071439250.
    • Ефименко, Олег Д. 1989. Электричество и магнетизм: Введение в теорию электрических и магнитных полей. 2-е изд. Звездный городок: Электретный науч. ISBN 0917406087.
    • Паркер, Э.Н. 2007. Беседы об электрических и магнитных полях в Космосе. Принстонская серия в астрофизике, 11. Принстон: Издательство Принстонского университета. ISBN 978-06412.
    • Янг, Хью Д. и Роджер А. Фридман. 2003. Физика для ученых и инженеров, 11-е издание. Сан-Франциско: Пирсон. ISBN 080538684X.

    Внешние ссылки

    Все ссылки получены 18 сентября 2017 г.

    Кредиты

    Энциклопедия Нового Света писателей и редакторов переписали и завершили статью Википедия в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников New World Encyclopedia , так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

    История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

    Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

    Определение, свойства, примеры и проблемы

    Что такое электрическое поле

    Электрическое поле – это невидимое силовое поле, вызванное электрическим зарядом. Это изменение пространства (воздуха или вакуума) вокруг заряда. В результате возникает электрическая сила , которая ощущается электрическими зарядами, когда они помещаются близко друг к другу. Статическое электрическое поле создается, когда заряды неподвижны, и соответствующая сила известна как электростатическая сила .Электрическое поле – это векторная величина, имеющая как величину, так и направление.

    Электрическое поле

    Линии и направление электрического поля

    Напряженность и направление электрического поля представлены электрическими силовыми линиями или линиями электрического поля. Это воображаемые линии, проведенные вокруг заряда, касательная к которым дает вектор электрического поля. Линии нарисованы стрелками, указывающими направление. Когда положительный заряд помещается рядом с отрицательным зарядом, например, электрический диполь, линии выходят из положительного заряда и заканчиваются отрицательным зарядом.Следовательно, направление поля указывает направление, в котором движется положительный заряд, когда он находится под влиянием другого заряда.

    Поток электрического поля

    Поток электрического поля определяется как количество силовых линий, проходящих через определенную область в пространстве. Область может представлять собой правильную или неправильную поверхность, через которую проходят линии. Математически это скалярное произведение электрического поля E и вектора площадей A .Символ ø обозначает поток.

    ø = E . А

    Если E и A образуют угол θ, то уравнение имеет вид,

    Ø = EA cos θ

    Уравнение электрического поля

    Напряженность электрического поля в пространстве, окружающем заряд источника, известна как напряженность электрического поля . Математически электрическое поле определяется как электрическая сила, испытываемая единичным зарядом.Следующее уравнение дает вектор электрического поля:

    E = F / q

    Величина электрического поля

    Соответствующее скалярное уравнение дает формулу величины.

    E = F / q

    Где,

    E : Электрическое поле

    F : Электрическая сила

    q : Электрический заряд

    Единица СИ: Вольт / метр (В / м) или Ньютон / кулон (Н / К)

    Формула размеров: [M L T -3 I -1 ]

    Как найти электрическое поле для точечного заряда

    1.Закон Кулона

    Электрическое поле можно рассчитать с помощью закона Кулона. Согласно этому закону электрическая сила между двумя точечными зарядами прямо пропорциональна произведению заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

    F = (1/4 π ε o ) * q 1 * q 2 / r 2

    Где,

    q 1 , q 2 : Величины двух зарядов

    r : Расстояние разделения между зарядами

    ε o : Проницаемость свободного пространства (= 8.85 x 10 -12 C 2 N -1 м -2 или нулевое значение эпсилон)

    По определению, электрическое поле – это сила на единицу заряда. Следовательно, q 1 = q и q 2 = 1 .

    Тогда электрическое поле определяется следующим уравнением.

    E = (1/4 π ε o ) q / r 2

    Таким образом, напряженность электрического поля зависит от величины заряда источника.

    2. Закон Гаусса

    Электрическое поле можно рассчитать другим методом. Закон Гаусса применяется для нахождения электрического поля в любой точке замкнутой поверхности. Согласно этому закону, электрический поток через любую замкнутую поверхность пропорционален общему электрическому заряду, заключенному на этой поверхности. Математически закон гласит, что электрический поток является интегралом скалярного произведения между электрическим полем и бесконечно малой площадью поверхности.

    Используя закон Гаусса, электрическое поле можно рассчитать для следующих случаев:

    • Сфера
    • Цилиндр
    • Токоведущий провод или линейный заряд
    • Круглый диск и кольцо
    • Бесконечная плоскость / лист
    • Конденсатор с параллельными пластинами
    • Электрический диполь
    • Коаксиальный кабель

    Наложение электрических полей

    Как и все векторные поля, электрическое поле следует принципу суперпозиции.Чистое электрическое поле, создаваемое группой зарядов, равно векторной сумме полей, создаваемых каждым зарядом. Если E 1 , E 2 , E 3 ,.…. И т. Д. Являются векторами электрического поля из-за точечных зарядов q 1 , q 2 , q 3 ,… и т. Д., То результирующее электрическое поле E определяется выражением,

    E = E 1 + E 2 + E 3

    Суперпозиция электрического поля

    Типы электрического поля

    Линии электрического поля бывают двух типов.

    1. Равномерное электрическое поле

    Электрическое поле называется однородным, если его значение остается постоянным в определенной области пространства. Его величина не зависит от смещения, а силовые линии параллельны и расположены на равном расстоянии.

    Пример : между двумя заряженными параллельными пластинами может быть создано однородное электрическое поле, также известное как конденсатор. Силовые линии электрического поля выходят из положительной пластины и заканчиваются на отрицательной пластине.

    Равномерное электрическое поле

    2.Неоднородное электрическое поле

    Электрическое поле неоднородно, если его значение не остается постоянным в определенной области пространства. В этом случае силовые линии электрического поля не параллельны.

    Пример : Поле, создаваемое точечным зарядом, является радиальным, и его сила обратно пропорциональна расстоянию.

    Работа, выполняемая электрическим полем

    Когда тестовый заряд приближается к исходному заряду, необходимо выполнить работу по перемещению его из одной точки в другую.Например, когда положительный заряд приближается к другому положительному заряду, выполняется работа по преодолению отталкивающих электрических сил.

    По определению, проделанная работа – это скалярное произведение силы и смещения. Работа, совершаемая однородным электрическим полем E при перемещении заряда q на расстояние d , определяется выражением,

    W = F.d

    Или W = q E . д

    Если поле и смещение совпадают, т.е. θ = 0, то

    Вт = qEd

    Когда q = 1, W = ΔV = Ed .

    Величина ΔV известна как разность потенциалов или напряжения . Он дает изменение потенциальной энергии, когда единичный заряд перемещается из одного положения в другое в присутствии электрического поля. Следовательно,

    Работа, выполняемая электрическим полем: W = qΔV

    Как найти работу, выполняемую электрическим полем за счет заряда Pont

    Электрический потенциал из-за точечного заряда q определяется выражением,

    V = (1/4 π ε o ) q / r

    Предположим, что заряд перемещается из положения, которое находится на расстоянии r 1 от источника заряда на расстояние r 2 , тогда изменение потенциальной энергии или выполненной работы определяется выражением,

    W = (1/4 π ε o ) q [1 / r 2 – 1 / r 1 ]

    Примеры и проблемы

    стр.1. Электрическая сила 8 Н действует на заряд 3 мкКл в любой точке. Определите электрическое поле в этой точке.

    Решение: Дано,

    F = 8 N

    q = 3 мкКл

    Следовательно,

    E = F / q = 8 Н / 3 мкКл = 2,67 x 10 6 Н / мкК

    П.2. Небольшой заряд q = 4 мКл обнаружен в однородном электрическом поле E = 3,6 Н / Кл. Какая сила на зарядке?

    Решение : Дано,

    q = 4 мКл

    E = 3.6 Н / К

    F = qE = 4 мКл x 3,6 НЗ = 14,4 мН

    Часто задаваемые вопросы

    Q.1. Что происходит с электрическим полем, если в него поместить изолятор?

    Отв. Когда изолятор или диэлектрик помещают в электрическое поле, напряженность электрического поля уменьшается.

    Q.2. Почему электрическое поле внутри проводника равно нулю?

    Отв. Электрическое поле внутри проводника равно нулю, потому что свободные заряды находятся на поверхности.

    Q.3. Может ли электрическое поле быть отрицательным?

    Отв. Электрическое поле никогда не может быть отрицательным. Он представляет собой физическую величину, такую ​​как гравитация.

    Q.4. Как электроны движутся в электрическом поле?

    Отв. Электроны движутся в направлении противоположного поля.

    Q.5. Что вызывает изменяющееся электрическое поле?

    Отв. Изменяющееся электрическое поле индуцирует магнитное поле.

    Q.6. Что такое краевой эффект электрического поля?

    Отв. Электрическое поле между двумя параллельными пластинами обычно параллельно. Однако по краям они изгибаются, что означает, что электрическое поле больше, чем между пластинами.

    Последний раз статья была пересмотрена 30 сентября 2021 г.

    Статическое электрическое поле (0 Гц)

    Характеристики поля и его использование

    Статические электрические поля – это постоянные поля, которые не меняют свою интенсивность или направление с течением времени, в отличие от переменных полей низкой и высокой частоты.Следовательно, статические электрические поля имеют частоту 0 Гц. Они действуют на заряды или заряженные частицы.

    Сила статического электрического поля выражается в вольтах на метр (В / м). Сила естественного электрического поля в атмосфере колеблется от примерно 100 В / м в хорошую погоду до нескольких тысяч В / м под грозовыми облаками. Другими источниками статических электрических полей являются разделение зарядов в результате трения или статических электрических токов от различных технологий. В домашних условиях зарядовые потенциалы в несколько киловольт могут накапливаться при ходьбе по непроводящему ковру, создавая локальные поля до 500 кВ / м.Линии электропередачи постоянного тока высокого напряжения могут создавать статические электрические поля до 20 кВ / м и более. Внутри электропоездов постоянного тока могут быть статические электрические поля до 300 В / м.

    Воздействие статических электрических полей на тело и последствия для здоровья

    Статические электрические поля не проникают в тело человека из-за его высокой проводимости. Электрическое поле индуцирует поверхностный электрический заряд, который, если он достаточно большой, может быть воспринят через его взаимодействие с волосами на теле и через другие явления, такие как искровые разряды (микрошоки).Порог восприятия у людей зависит от различных факторов и может составлять от 10 до 45 кВ / м. Кроме того, очень сильные электрические поля, например, от линий HVDC, могут заряжать частицы в воздухе, в том числе загрязненные.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.