свойства, как создается и его применение
Электрическое поле является составляющей частью электромагнитного поля. Возникает оно вокруг заряженных тел и частиц. Этот объект невидим, но определение электрического поля можно произвести, поместив в него определенный заряд. Для установления количественного значения существует понятие напряженности. Это величина векторная и показывает, с какой силой поле воздействует на помещенный в него пробный заряд.
- История появления теории
- Описание физического явления
- Виды электрических полей
- Сферы применения
История появления теории
Прежде чем физически было доказано существование этого явления, специалисты разных рангов пытались теоретически обосновать его появление. Первые попытки были осуществлены в конце XVIII века, когда астроном Лагранж ввел понятие потенциала.
Этот показатель характеризовал напряженность, а фактически является работой, которую должно совершить поле для перемещения заряда из бесконечности в определенную его точку.
В начале XIX века Пуассоном была доказана связь между понятием потенциала и электромагнитным явлением. Через 7 лет были проведены эксперименты, которые показали влияние на магнитную стрелку, протекающим по проводам током.
Это доказало, что вокруг проводников создается электрическое поле с неизменяемой напряженностью. Тему в дальнейшем продолжили Ом и Фарадей. Фарадей опубликовал работы, где описывал взаимодействие разнородных полей.
Практически эта теория позже нашла применение в производстве электродвигателей. Немного спустя в расчеты физиков были введены единицы измерения магнитных и электрических полей.
Описание физического явления
Обнаружить наличие электрического поля несложно. Для этого нужно обладать заряженной частицей и поместить ее в определенное место в пространстве.
Если на нее начнет воздействовать электрическая сила, это и будет доказательством его наличия.
Свойствами поля являются:
- невидимость;
- способность взаимодействовать только с другими электрическими полями;
- оно обладает векторным направлением;
- поле может притягивать или отталкивать;
- возникает всегда вокруг заряженных частиц;
- концентрация;
- неоднородность.
На заряженную частицу, помещенную в поле, с разных точек действуют силы, которые отличаются значением и направлением. Для ее определения существует силовая характеристика поля, которая называется напряженностью и обозначается латинской Е.
Величина эта равна отношению силы на заряд, с которой она действует на него в определенной точке поля. Если одновременно в поле помещается несколько зарядов, то общая сила высчитывается как геометрическая сумма всех векторов.
com/embed/1qZvv_uOgNs»> Виды электрических полей
Действие такого явления можно наблюдать ежедневно в бытовых условиях. Для этого можно любой диэлектрик потереть о кусок шерсти или пластмассовую расческу о свои волосы. Результатом таких действий станет создание заряда на предметах, а вокруг них появится электрическое поле.
Существуют следующие виды:
- статическое;
- индуктированное или вихревое;
- стационарное;
- магнитное.
Некоторые свойства у разных видов полей совпадают, но среди них есть и существенные различия. Например, если заряженная частица находится в неподвижном состоянии, то вокруг нее существует только статическое поле. Как только она начнет движение, то сразу появится и магнитное поле. Его сила будет возрастать с увеличением скорости заряда.
Кроме этого, во время движения магнитного появится индуктированное поле. Существует и различия между статическим и стационарным полями.
Так, для поддержания стационарного состояния необходимо постоянная затрата некоторой энергии, чего не происходит со статическими полями.
Так, для поддержания стационарного состояния необходимо постоянная затрата некоторой энергии, чего не происходит со статическими полями.Сферы применения
Некоторые свойства электрического поля позволяют с успехом использовать их в повседневной жизни. Например, оно способно образовывать ионы в жидкости. Погружение электродов в жидкую среду позволяет разделять ее на несколько фракций.
На основании этих свойств электрическое поле нашло применение в медицине, химии, любых видах очистки. В медицине, например, ионами воздействуют на пораженные места, благодаря чему происходит уничтожение вредных микроорганизмов, попавших в рану, и быстрое их заживление.
Применяются и аппарат, воздействующие электрическим полем на отдельные участки тела, что позволяет точечно повысить в них температуру. В результате гемодинамики улучшается движение крови и ускоряется процесс выздоровления.
Методом использования электрического поля происходит очищение воды в специальных сооружениях, что широко используют организации водоканалов.
Под его воздействием в отстойниках производят отделение чистой воды от вредных примесей.
Такой же метод применяется при добыче нефти для удаления загрязненных веществ, мешающих дальнейшей ее обработке. В настоящее время ведутся разработки по использованию электрического поля для беспроводной передачи электроэнергии к различным приборам.
В то же время в некоторых случаях необходимо и защищаться от его воздействия. Особенно широко это применяется в электронике, где встречается необходимость оградить одно поле от воздействий другого.
1.3. Концепция поля. Электростатическое поле и его напряжённость — ЗФТШ, МФТИ
В XIX веке английский учёный Майкл Фарадей выдвинул гипотезу, что электрическое и магнитное взаимодействия осуществляются посредством особой среды между ними, поля. Любой заряд `q` изменяет свойства пространства вокруг себя – создаёт вокруг себя поле, а уже это поле действует на другие заряды.
2)`. Существенно, однако, что отношение силы, действующей на пробный заряд, к его заряду, `(vecF_1)/(q_1)=(vecF_2)/(q_2)`, останется одним и тем же и будет характеристикой не пробных зарядов, но исходного заряда `q` и местоположения `vecr` точки `A`, в которую мы помещали пробные заряды (см. рис. 1). Эта характеристика называется напряжённостью электрического поля точечного заряда `q` в точке `A`. Напряжённость поля есть векторная величина. Её модуль равен
Если заряд `q` положительный, то вектор `vecE` в точке `A` направлен в сторону от заряда вдоль прямой, соединяющей точечный заряд `q` и точку `A`; если же заряд `q` отрицательный, то вектор `vecE` в точке `A` направлен в сторону к заряду вдоль той же прямой.
Удобным способом учёта векторного характера величины `vecE` и знака заряда `q` является следующий. Пусть `vecr` — вектор, проведённый из точки, в которой расположен заряд `q`, в точку `A`, `|vecr|=r` — длина этого вектора (расстояние между точечным зарядом `q` и точкой `A`).
2)`; при этом о напряжённости говорят как о силе, действующей со стороны заряда `q` на некий условный единичный положительный точечный заряд `(+1)` (не заряд в `+1` Кл!). Нужно, впрочем, помнить, что сила и напряжённость электрического поля имеют разную размерность. В системе СИ напряжённость электрического поля измеряется в вольтах на метр (В/м): `1`В/м `=1`Н/`1`Кл.
Принцип суперпозиции. Напряжённость есть векторная величина. Это означает, что если имеются два заряда `q_1` и `q_2` каждый из них в некоторой точке создаёт свои напряжённости поля `vecE_1` и `vecE_2`, то результирующая напряжённость (результирующая сила, действующая на единичный положительный заряд, со стороны обоих зарядов) будет равна векторной сумме
получаемой по правилу параллелограмма (рис. 2) или треугольника.
Аналогично, в случае `N` зарядов:
причём векторная сумма вычисляется по правилу многоугольника (либо последовательно несколько раз по правилу параллелограмма).
Электрическое поле равномерно заряженной сферы. Вне равномерно заряженной сферы электрическое поле точно такое же, какое создавал бы помещённый в центр сферы точечный заряд, равный по величине суммарному заряду сферы (рис. 4, а – б). Нетривиальный факт состоит в том, что внутри равномерно заряженной сферы напряжённость электрического поля равна нулю (см. `[2 – 3]`).
Если имеются две концентрические равномерно заряженные сферы, то за пределами обеих сфер поле такое же, какое создавали бы два точечных заряда, равные зарядам сфер и помещённые в их общий центр. В области между сферами внешняя сфера не вносит вклада в напряжённость поля.
Вне равномерно заряженного по объёму шара электрическое поле точно такое же, какое создавал бы помещённый в центр шара точечный заряд, равный по величине суммарному заряду шара. Последнее легко понять: поле шара можно представить как результирующее поле множества тонких шаровых слоёв («сфер»).
Электрический диполь. Так называется система, состоящая из двух точечных зарядов равных по величине, но противоположных по знаку. Пусть заряды `q_1=-q` и `q_2=+q` в некоторой системе координат характеризуются радиус-векторами `vecr_1` и `vecr_2` (см. рис. 6). Дипольным моментом диполя называется векторная величина `vecp=q_1vecr_1+q_2vecr_2=q(vecr_2-vecr_1)=qvecl`, а величина `l=|vecl|=|vecr_2-vecr_1|` называется плечом диполя.
Рассмотрим более сложный пример использования принципа суперпозиции.
Электрическое поле бесконечной равномерно заряженной плоскости
Вычисление поля в данном случае требует привлечения знаний высшей математики. Без сложных вычислений можно, однако, сделать два следующих утверждения, основываясь лишь на соображениях симметрии, а также на том факте, что густота линий напряжённости пропорциональна величине `vecE` (см.
Учебник):
1) Электрическое поле бесконечной равномерно заряженной плоскости перпендикулярно плоскости (рис. 8). Дело в том, что перпендикуляр к плоскости – единственное выделенное направление в задаче. Если бы вектор `vecE` был направлен под некоторым углом `alpha` к плоскости, мы бы ещё спросили себя: «Чем это направление лучше, чем все другие прямые, имеющие тот же угол `alpha` с плоскостью, и направленные вдоль образующих конуса с углом `alpha` при вершине?» Ясно, что ничем не лучше: если плоскость бесконечная и заряжена одинаково во всех точках, то и любые направления вдоль неё эквивалентны друг другу.
2) Величина электрического поля бесконечной равномерно заряженной плоскости одинакова во всех точках пространства. В самом деле, все точки на плоскости, параллельной нашей заряженной плоскости, эквивалентны друг другу (снова вспоминаем, что наша плоскость бесконечная и заряжена одинаково во всех точках).
Это означает, что при движении в плоскости, параллельной нашей равномерно заряженной плоскости, густота линий напряжённости электрического поля не изменяется. Но в силу перпендикулярности вектора `vecE` к плоскости во всех точках, эта густота линий не будет изменяться и при удалении от заряженной плоскости (вне плоскости нет зарядов, на которых могли бы закончиться «силовые» линии). Таким образом, густота линий напряжённости электрического поля будет одинаковой во всех точках пространства, независимо от расстояния до нашей заряженной плоскости. Это эквивалентно тому, что электрическое поле по обе стороны от бесконечной равномерно заряженной плоскости однородно, т. е. одинаково во всех точках обоих полупространств. Разумеется, по разные стороны от заряженной плоскости напряжённости поля направлены в противоположные стороны. В случае положительно заряженной плоскости вектор `vecE` в обоих полупространствах направлен от плоскости, а в случае отрицательно заряженной — к плоскости.
Величина вектора напряжённости `vecE` может быть вычислена по формуле
которую мы приведём без вывода, где `sigma=Deltaq//DeltaS` — поверхностная плотность заряда, `Deltaq` — заряд элемента поверхности площадью `DeltaS`.
Хотя в природе не существует бесконечных равномерно заряженных плоскостей, формула (1.3.4) с успехом используется для расчётов электрических полей заряженных тел в виде больших пластин или просто плоских объектов при небольшом удалении от центральной их части.
Глоссарий: Электрическое поле
Главная » Глоссарий » DEF » Электрическое поле
Электрическое поле
Определение:
Электрическое поле – это невидимое силовое поле, создаваемое притяжением и отталкивание электрических зарядов (причина электрического тока) и измеряется в Вольт на метр (В/м).
Напряженность электрического поля уменьшается по мере удаления от поля источник.
Статическое электрическое поле (также называемое электростатическим полем)
электрическое поле, не изменяющееся во времени (частота 0 Гц).
Статическое электричество
поля создаются электрическими зарядами, фиксированными в пространстве. Они есть
отличается от полей, которые меняются со временем, например электромагнитных полей.
генерируется приборами, использующими переменный ток (AC), или мобильными телефонами и т. д.
Источник: GreenFacts
Подробнее:
Когда прикроватная лампа подключена к сети, т.е. через розетку есть только электрическое поле. Электрическое поле может быть по сравнению с давлением внутри шланга, когда он подключен к воде система подачи и кран закрыт. Электрическое поле связано с напряжением единицей которого является вольт. Он возникает при наличии электрических зарядов и измеряется в вольтах на метр (В/м). Чем больше мощность источника прибора, тем больше напряженность результирующего электрического поля.
При включении лампы, т.е. при протекании тока через
В кабеле питания есть как электрическое, так и магнитное поле.
магнитное поле возникает в результате прохождения тока (т.
е. движения
электроны) по электрическому проводу. В примере со шлангом
магнитное поле соответствовало бы прохождению воды по трубе.
единицей поля магнитной индукции является Тесла (Тл). Тем не менее, магнитный
поля, которые обычно измеряются, находятся в диапазоне микротесла (мкТл)
то есть одна миллионная Теслы. Иногда используется еще одна единица измерения.
Гаусс (G). Один Гаусс равен 100 микротесла.
При выключении (слева): электрическое поле
При включении (справа): электрическое и магнитное поле
Источник: ББЭМГ Электрическое поле и магнитное поле
Связанные слова:
Магнитное поле — Электромагнитные поля (ЭМП)
Перевод(ы):
Deutsch: Elektrisches Feld
Español: Campo eléctrico 900 30 Français: Champ électrique
Публикации по теме:
Рассматриваемые темы
Публикации A-Z
Присоединяйтесь!
Этот обзор бесплатный и не содержит рекламы, как и весь наш контент.
Вы можете помочь нам оставаться свободными и независимыми, а также разрабатывать новые способы распространения науки, став Покровителем!
СТАНЬ ПАТРОНОМ!
Видео
Просмотреть все
Статическое электричество
поля создаются электрическими зарядами, фиксированными в пространстве. Они есть
отличается от полей, которые меняются со временем, например электромагнитных полей.
генерируется приборами, использующими переменный ток (AC), или мобильными телефонами и т. д. 
