Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Графическое представление электростатического поля.
Основные ссылки
CSS adjustments for Marinelli theme
Объединение учителей Санкт-Петербурга
Форма поиска
Поиск
Вы здесь
Главная » Электрическое поле. Напряженность…
|
Электрическое поле. Напряженность электрического поля. |
|
|
Закон Кулона не объясняет механизм передачи электромагнитного взаимодействия: близкодействие (непосредственный контакт) или дальнодействие? Если заряды действуют друг на друга на расстоянии, то скорость передачи взаимодействия должна быть бесконечно большой, взаимодействие должно распространяться мгновенно. На опыте скорость конечна (скорость света с=3.108м/с). |
|
|
Для объяснения вводится понятие электрического поля (впервые — М. |
|
|
Напряженность — силовая характеристика электрического поля. |
|
|
Пусть заряд q0 создает поле, в произвольную точку которого мы помещаем положительный заряд q. Во сколько бы раз мы не изменяли заряд q в этой точке, сила взаимодействия изменится во столько же раз (з-н Кулона). |
|
|
Следовательно: — величина постоянная в данной точке данного поля. |
|
|
Напряженность — векторная физическая величина, численно равная отношению силы, действующей на заряд, помещенный в данную точку данного поля, к величине этого заряда. |
|
|
Напряженность не зависит от величины заряда, помещенного в поле. , если q>0. , если q<0. Т.е. вектор напряженности направлен от положительного заряда и к отрицательному. |
|
|
Напряженность в данной точке поля равна 1, если на заряд в 1 Кл, помещенный в эту точку, действует сила в 1 Н. (Напряженность равна 1 , если между точками электростатического поля, находящимися на расстоянии 1 м друг от друга, существует разность потенциалов 1 В). |
|
|
Принцип суперпозиции полей: напряженность поля, созданного системой зарядов равна геометрической сумме напряженностей полей, созданных каждым зарядом. Т.е. напряженности складываются геометрически: (Это опытный факт.) |
Пример:
|
|
Графическое представление электростатического поля. |
|
|
Силовые линии (линии напряженности) — непрерывные (воображаемые) линии вектор напряженности касателен к каждой точке которых. Способ описания с помощью силовых линий введен Фарадеем. |
|
|
Свойства: |
|
|
|
Фарадей) — особый вид материи, существующий вокруг любого электрического заряда и проявляющий себя в действии на другие заряды.
Теги:
конспект
Напряженность электрического поля — как найти? Правила и примеры
Что такое электрическое поле
Долгое время ученые не могли толком объяснить, как именно заряженные тела взаимодействуют друг с другом, не соприкасаясь.
Майкл Фарадей первым выяснил, что между ними есть некое промежуточное звено. Его выводы подтвердил Джеймс Максвелл, который установил, что для воздействия одного такого объекта на другой нужно время, а значит, они взаимодействуют через «посредника».
В современной физике электрическое поле — это некая материя, которая возникает вокруг заряженных тел и обусловливает их взаимодействие. Если речь идет о неподвижных объектах, поле называют электростатическим. |
Тела, имеющие одноименные заряды, будут отталкиваться, а разноименные — притягиваться.
Практикующий детский психолог Екатерина Мурашова
Бесплатный курс для современных мам и пап от Екатерины Мурашовой. Запишитесь и участвуйте в розыгрыше 8 уроков
Определение напряженности электрического поля
Для исследования электрического поля используются точечные заряды.
Давайте выясним, что это такое.
Точечным зарядом называют такой наэлектризованный объект, размерами которого можно пренебречь, поскольку он слишком мал в сравнении с расстоянием, отделяющим этот объект от других заряженных тел. |
Теперь поговорим непосредственно о напряженности, которая является одной из главных характеристик электрического поля. Это векторная физическая величина. В отличие от скалярных она имеет не только значение, но и направление.
Для того, чтобы исследовать электрическую напряженность, нужно в поле заряженного тела q1 поместить еще один точечный заряд q2 (допустим, они оба будут положительными). Со стороны q1 на q2 будет действовать некая сила. Очевидно, что для расчетов нужно иметь в виду как значение данной силы, так и ее направление.
Напряженность электрического поля — это показатель, равный отношению силы, действующей на заряд в электрическом поле, к величине этого заряда. |
Напряженность является силовой характеристикой поля. Она говорит о том, как сильно влияние поля в данной точке не только на другой заряд, но также на живые и неживые заряженные объекты.
Важно!
Иногда можно услышать оборот «напряжение электрического поля», но это ошибка — правильно говорить «напряженность».
Единицы измерения и формулы
Из указанного выше определения понятно, как найти напряженность электрического поля в некой точке:
E = F / q, где F — действующая на заряд сила, а q — величина заряда, расположенного в данной точке.
Если нужно выразить силу через напряженность, мы получим следующую формулу:
Направление напряженности электрического поля всегда совпадает с направлением действующей силы. Если взять отрицательный точечный заряд, формулы будут работать аналогично.
Поскольку сила измеряется в ньютонах, а величина заряда — в кулонах, единицей измерения напряженности электрического поля является Н/Кл (ньютон на кулон).
Принцип суперпозиции
Допустим, у нас есть несколько зарядов, которые взаимодействуют. Вокруг каждого существует свое электрическое поле. Тогда существует некая точка или область, в которой одновременно существует электрическое поле нескольких зарядов. Чему равна общая напряженность электрического поля, создаваемого этими зарядами?
Было установлено, что общая сила воздействия на конкретный заряд, расположенный в поле, является суммой сил, действующих на данный заряд со стороны каждого тела. Из этого следует, что и напряженность поля в любой взятой точке можно вычислить, просуммировав векторно напряженности, создаваемые каждым зарядом в отдельности в той же точке. Это и есть
Это правило корректно для любых полей, за некоторыми исключениями.
Принцип суперпозиции не соблюдается в следующих случаях:
Но задачи с такими данными выходят за пределы школьного курса физики.
Бесплатные занятия по английскому с носителем
Занимайтесь по 15 минут в день. Осваивайте английскую грамматику и лексику. Сделайте язык частью жизни.
Напряженность поля точечного заряда
У электрического поля, создаваемого точечным зарядом, есть одна особенность — ввиду малой величины самого заряда оно очень слабо влияет на другие наэлектризованные тела. Именно поэтому такие «точки» используют для исследований.
Но прежде чем рассказать, от чего зависит напряженность электрического поля точечного заряда, рассмотрим подробнее, как взаимодействуют эти заряды.
Закон Кулона
Предположим, в вакууме есть два точечных заряда, которые статично расположены на некотором расстоянии друг от друга. В зависимости от одноименности или разноименности они могут притягиваться либо отталкиваться.
В любом случае на них действуют силы, направленные вдоль соединяющей их прямой.
|
Закон Кулона Модули сил, действующих на точечные заряды в вакууме, пропорциональны произведению данных зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними. |
Силу электрического поля в конкретной точке можно найти по формуле: где q
В формуле участвует коэффициент пропорциональности k, который был определен опытным путем и представляет собой постоянную величину. Он обозначает, с какой силой взаимодействуют два тела с зарядом 1 Кл, расположенные на расстоянии 1 м.
Важно!
Сила взаимодействия двух точечных зарядов остается прежней при появлении сколь угодно большого количества других зарядов в данном поле.
Учитывая все вышесказанное, напряжение электрического поля точечного заряда в некой точке, удаленной от заряда на расстояние r, можно вычислить по формуле:
Итак, мы выяснили, что называется напряженностью электрического поля и от чего зависит эта величина. Теперь посмотрим, как она изображается графическим способом.
Онлайн-подготовка к ОГЭ по физике поможет снять стресс перед экзаменом и получить высокий балл.
Линии напряженности
Электрическое поле нельзя увидеть невооруженным глазом, но можно изобразить с помощью линий напряженности. Графически это будут непрерывные прямые, которые связывают заряженные объекты. Условная точка начала такой прямой — на положительном заряде, а конечная точка — на отрицательном.
Линии напряженности — это прямые, которые совпадают с силовыми линиями в системе из положительного и отрицательного зарядов. |
Касательные к ним в каждой точке электрического поля имеют то же направление, что и напряженность этого поля.При графическом изображении силовых линий можно передать не только направление, но и величину напряженности электрического поля (разумеется, условно). В местах, где модуль напряженности выше, принято делать более густой рисунок линий. Есть и случаи, когда густота линий не меняется — это бывает при изображении однородного поля.
Однородное электрическое поле создается разноименными зарядами с одинаковым модулем, расположенными на двух металлических пластинах. Линии напряженности между этими зарядами представляют собой параллельные прямые всюду, за исключением краев пластин и пространства за ними.
электрического поля | Определение, единицы и факты
электрическое поле
Просмотреть все СМИ
- Похожие темы:
- электричество поле электрический ветер встроенное электрическое поле напряженность электрического поля
Просмотреть весь связанный контент →
Резюме
Прочтите краткий обзор этой темы
электрическое поле , электрическое свойство, связанное с каждой точкой пространства, когда заряд присутствует в любой форме.
Величина и направление электрического поля выражаются величиной E , называемой напряженностью электрического поля или напряженностью электрического поля или просто электрическим полем. Знание значения электрического поля в точке без каких-либо конкретных знаний о том, что создает поле, — это все, что необходимо для определения того, что произойдет с электрическими зарядами вблизи этой конкретной точки.
Вместо того, чтобы рассматривать электрическую силу как прямое взаимодействие двух электрических зарядов, находящихся на расстоянии друг от друга, один заряд считается источником электрического поля, распространяющегося наружу в окружающее пространство, а сила, действующая на второй заряд в это пространство рассматривается как прямое взаимодействие электрического поля со вторым зарядом. Напряженность электрического поля E в любой точке может быть определена как электрическая, или кулоновская, сила F на единицу положительного электрического заряда q в этой точке, или просто E = F / q .
Если второй, или пробный, заряд в два раза больше, результирующая сила удваивается; но их частное, мера электрического поля E , остается неизменной в любой заданной точке. Сила электрического поля зависит от заряда источника, а не от пробного заряда. Строго говоря, введение небольшого пробного заряда, который сам имеет электрическое поле, несколько модифицирует существующее поле. Электрическое поле можно рассматривать как силу на единицу положительного заряда, которая будет действовать до того, как поле будет возмущено присутствием пробного заряда.
Тест «Британника»
Физика и законы природы
Какая сила замедляет движение? Каждому действию есть равное и противоположное что? В этом викторине по физике нет ничего, что E = mc было бы квадратным.
Направление силы, действующей на отрицательный заряд, противоположно направлению силы, действующей на положительный заряд. Поскольку электрическое поле имеет как величину, так и направление, направление силы, действующей на положительный заряд, выбирается произвольно в качестве направления электрического поля.
Поскольку положительные заряды отталкиваются друг от друга, электрическое поле вокруг изолированного положительного заряда направлено радиально наружу. Когда они представлены силовыми линиями или силовыми линиями, электрические поля изображаются как начинающиеся с положительных зарядов и заканчивающиеся отрицательными зарядами. Линия, касающаяся линии поля, указывает направление электрического поля в этой точке. Там, где силовые линии расположены близко друг к другу, электрическое поле сильнее, чем там, где они дальше друг от друга. Величина электрического поля вокруг электрического заряда, рассматриваемого как источник электрического поля, зависит от того, как заряд распределен в пространстве. Для заряда, сосредоточенного почти в точке, электрическое поле прямо пропорционально количеству заряда; оно обратно пропорционально квадрату расстояния в радиальном направлении от центра заряда источника и зависит также от природы среды. Наличие материальной среды всегда уменьшает электрическое поле ниже значения, которое оно имеет в вакууме.
Иногда само электрическое поле может отделяться от исходного заряда и образовывать замкнутые петли, как в случае зарядов, ускоряющихся вверх и вниз по передающей антенне телевизионной станции. Электрическое поле с сопутствующим магнитным полем распространяется в пространстве в виде излучаемой волны с той же скоростью, что и свет. Такие электромагнитные волны указывают на то, что электрические поля генерируются не только электрическими зарядами, но и изменяющимися магнитными полями.
Величина электрического поля имеет размерность силы на единицу заряда. В системах метр-килограмм-секунда и СИ соответствующими единицами измерения являются ньютоны на кулон, что эквивалентно вольтам на метр. В системе сантиметр-грамм-секунда электрическое поле выражается в единицах дин на электростатическую единицу (эсу), что эквивалентно статвольтам на сантиметр.
Редакторы Британской энциклопедии
Эта статья была недавно пересмотрена и обновлена Адамом Августином.
Электрический потенциал: определение, энергия, единицы измерения, формула
Электрический потенциал является скалярной величиной; он описывает работу, которую совершает каждая заряженная частица, чтобы переместить ее из одной точки в другую. В то время как электрический потенциал является скалярным и не имеет направления, электрический заряд имеет знак, который относится к заряду интересующей частицы.
Характеристики электрического потенциала
-
Электрический потенциал положителен вокруг изолированного положительного заряда.
-
Электрический потенциал вокруг изолированного отрицательного заряда отрицательный.
-
Электрический потенциал равен нулю на бесконечном расстоянии от исследуемого заряда.
Электрический потенциал в поле
Электрический потенциал точечного заряда (q) в поле пропорционален заряду, создающему потенциал, и обратно пропорционален диэлектрической проницаемости и расстоянию от точечного заряда.
Математически это выражается в приведенном ниже уравнении, где V — электрический потенциал в вольтах, Q — точечный заряд, r — расстояние, измеренное в метрах, а εo — диэлектрическая проницаемость вакуума, измеренная в фарадах на метр, равная 8,85 ⋅ 10 -12 Ф/м.
Из уравнения можно сделать вывод, что для положительного заряда q электрический потенциал увеличивается при уменьшении расстояния r, так как для перемещения положительного заряда потребуется больше работы из-за силы отталкивания. Точно так же для отрицательного заряда q расстояние от заряда уменьшается, так как положительный пробный заряд будет двигаться легче из-за силы притяжения. Это показано ниже, где показано взаимодействие между положительным и отрицательным зарядом.
Электрическое поле, Джорджия Панаги — StudySmarter Originals
Чтобы найти потенциал в точке, вызванный несколькими зарядами, вы должны найти сумму потенциалов от каждого заряда.
Что такое электрическая потенциальная энергия?
Электрическая потенциальная энергия — это энергия, необходимая для перемещения заряда (q) из одной точки в другую в электрическом поле.
Например, чтобы переместить положительный заряд ближе к другому положительному заряду, необходима работа по преодолению силы отталкивания. Точно так же, когда положительный заряд удаляется от отрицательного заряда, также необходима работа для преодоления силы притяжения.
Энергия, передаваемая движущемуся заряду, называется потенциальной электрической энергией. Чем сильнее электрическое поле, тем больше потенциальной энергии требуется для перемещения заряда через поле.
Электрическая потенциальная энергия двух точечных зарядов
Электрический потенциал пары точечных зарядов прямо пропорционален величине произведения двух зарядов, как показано в приведенном ниже уравнении.
Диэлектрическая проницаемость вакуума ε 0 — константа, представляющая тенденцию электрического поля проникать в вакуум. Его значение приведено ниже и измеряется в Ф/м.
Изменение потенциальной электрической энергии можно найти, используя соответствующее расстояние каждой единицы заряда.
Электрический потенциал и работа
Электрический потенциал также может быть выражен математически через работу; помните, это работа, необходимая для перемещения заряда через электрическое поле. Работа равна произведению электрического потенциала на заряд, вызывающий электрический потенциал. Это показано ниже, где ΔV — изменение электрического потенциала, измеренное в вольтах, а Q — заряд, измеренный в кулонах.
Что такое градиент электрического потенциала?
Градиент электрического потенциала — это изменение электрического потенциала в электрическом поле. Электрическое поле в любой точке равно отрицательному градиенту потенциального расстояния в этой точке. Разность потенциалов показана ниже.
Градиент определяется эквипотенциальными линиями, которые представлены оранжевыми пунктирными круговыми линиями и показывают электрический потенциал в электрическом поле.
Они всегда перпендикулярны линиям электрического поля, которые показаны синими линиями. Эквипотенциальные линии выражают силу электрического потенциала. Чем плотнее эквипотенциальные линии, тем сильнее потенциал.
Электрическое поле и эквипотенциальные линии, Study Smarter
Что такое разность электрических потенциалов?
Разность электрических потенциалов — это работа, необходимая для перемещения заряженной частицы в электрическом поле из точки A в точку B. Это выражается в приведенном ниже уравнении, где E — напряженность электрического поля, V — электрический потенциал в вольтах, r — расстояние между двумя интересующими точками в метрах.
Отрицательный знак, показанный ниже, выражает направление электрического поля. Он всегда направлен наружу от положительного заряда и внутрь к отрицательному (взгляните на первое изображение).
Электрический генератор сферической формы имеет радиус 10 см и генерирует потенциал 150 кВ.
