Как обнаруживается электрическое поле: «Как можно обнаружить электрическое поле?» – Яндекс.Кью

«Как можно обнаружить электрическое поле?» – Яндекс.Кью

Если вы ведете речь о потенциале, как о разновидности электрической величины и как о характеристике, определяющей функцию напряжения, то это мера количества энергии. Все предметы вокруг нас состоят из атомов, молекул, электронов и других частиц, которые постоянно взаимодействуют между собой посредством электромагнитных сил. Потенциал представляет собой количественное выражение той самой энергии, которая возникает при взаимодействии мельчайших частиц. Но, в отсутствии пути передачи этой энергии она будет находиться в одной точке или на одном объекте.

Если рассмотреть суть электрического потенциала не с электрической стороны, а на более понятном примере, можете представить себе рогатку, в которую вы заряжаете шарик. Если оттянуть резинку на полметра и зафиксировать шар в этом положении, то он получит количество энергии, которая при освобождении запустит шар на 10 метров. Если тот же шар в резинке отвести на метр и зафиксировать в таком положении, то он будет обладать потенциалом энергии, которая сможет запустить его на 20 метров. Так вот потенциал представляет собой невидимую энергию, которая до возникновения определенных условий не может реализоваться или расходоваться.

Под разностью потенциалов понимается ситуация, когда в двух точках присутствует разное количество энергии. Классическим вариантом разности потенциалов является пальчиковая батарейка, на концах которой присутствует разность потенциалов в 1,5В – это означает, что потенциал плюсового полюса больше потенциала минусового полюса на 1,5В. Если рассмотреть напряжение в розетке, то разность потенциалов в ней составит 220В, но в отличии от батарейки, величина потенциала в каждой точке постоянно меняется, однако их разность остается постоянной – 220В.

Электростатического поля. Для обнаружения и опытного исследо­вания электростатического поля используется положительный пробный точечный заряд

Для обнаружения и опытного исследо­вания электростатического поля используется положительный пробный точечный заряд — такой заряд, который не искажает исследуемое поле (не вызывает перераспределения зарядов, создающих поле).

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

. (10.4)

Направление вектора напряженности совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд. Единицей напряженности электростати­ческого поля является 1 Н/Кл

1 В/м.

Напряженность является силовой характеристикой электрического поля.

Напряженность электрического поля, создаваемого системой зарядов в данной точке пространства подчиняется принципу суперпозиции, т.е. равна векторной сумме напряженностей электрических полей, создаваемых в той же точке отдельными зарядами:

. (10.5)

Напряженность электростатического поля точечного заряда равна по модулю

. (10.6)

Для наглядного представления электрического поля используют силовые линии вектора . Эти линии проводят так, чтобы направление вектора

в каждой точке совпадало с направлением касательной к силовой линии (рис. 10.3). При изображении электрического поля с помощью силовых линий, их густота должна быть пропорциональна модулю вектора напряженности поля .

Рис. 10.3

Силовые линии электрических полей положительных и отрицательных точечных зарядов изображены на рис. 10.4. Силовые линии начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных зарядах или уходят в бесконечность.

Рис. 10.4

Поскольку электростатическое поле любой системой зарядов может быть представлено в виде суперпозиции полей отдельных зарядов, изображенные на рис. 10.4 поля можно рассматривать как структурные элементарные единицы («кирпичики») любого электростатического поля.

В качестве примера применения принципа суперпозиции на рис. 10.5 изображена картина силовых линий поля электрического диполя – системы из двух одинаковых по модулю зарядов разного знака и – , расположенных на некотором расстоянии .

Важной характеристикой электрического диполя является его дипольный момент

, (10.7)

где — плечо диполя (вектор, направленный от отрицательного заряда к положительному заряду и равный по модулю расстоянию между зарядами). Диполь может служить электрической моделью многих молекул.

Рис. 10.5

Электрическим дипольным моментом обладает, например, нейтральная молекула воды (H₂O), так как центры двух атомов водорода располагаются не на одной прямой с центром атома кислорода, а под углом 105° (рис. 10.6). Дипольный момент молекулы воды 6,2·10^–30 Кл·м.

Рис. 10.6

Электрическое поле: определение, типы и свойства

В данной статье вы узнаете что такое электрическое поле, определение, его типы и основные свойства.

Определение

Область вокруг электрического заряда, в которой действует напряжение или электрическая сила, называется электрическим полем или электростатическим полем. Если величина заряда велика, то это может создать огромное напряжение в области. Электрическое поле обозначается символом E. Единица СИ электрического поля — ньютон на кулон, что равно вольт на метр.

Электрическое поле представлено воображаемыми силовыми линиями. Для положительного заряда силовая линия выходит из заряда, а для отрицательного заряда силовая линия будет двигаться в направлении заряда. Электрическое поле для положительных и отрицательных зарядов показано ниже.

Рассмотрим единичный заряд Q, помещенный в вакуум. Если рядом с Q находится другой заряд q, то согласно закону Кулона на него накладывается сила. Заряд Q создает вокруг него электрическое поле, и когда рядом с ним помещается любой другой заряд, электрическое поле Q прикладывает к нему силу.

Электрическое поле, создаваемое зарядом Q в точке r, определяется как:

где Q — единица заряда,
r — расстояние между зарядами.

Заряд Q прикладывает силу к заряду q, выраженному:

Заряд q также прикладывает равную и противоположную силу к заряду Q.

Типы электрического поля

Электрическое поле в основном подразделяется на два типа. Это однородное электрическое поле и неоднородное электрическое поле.

Однородное электрическое поле

Когда электрическое поле является постоянным в каждой точке, то это поле называется однородным электрическим полем. Постоянное поле получается путем размещения двух проводников параллельно друг другу, и разность потенциалов между ними остается одинаковой в каждой точке.

Неоднородное электрическое поле

Непостоянное в каждой точке поле называется неоднородным электрическим полем. Неоднородное поле имеет разную величину и направления.

Свойства электрического поля

Ниже приведены свойства электрического поля.

1. Полевые линии никогда не пересекаются друг с другом.
2. Они перпендикулярны поверхностному заряду.
3. Поле сильное, когда линии расположены близко друг к другу, и слабое, когда линии поля расходятся друг от друга.
4. Количество силовых линий прямо пропорционально величине заряда.
5. Линия электрического поля начинается с положительного заряда и заканчивается отрицательным зарядом.
6. Если заряд одиночный, то они начинаются или заканчиваются на бесконечности.
7. Кривые линий непрерывны в области без заряда.

Когда электрическое и магнитное поле объединяются, они образуют электромагнитное поле.

Электрическое поле. Виды и работа. Применение и свойства

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

Как устроено и действует электрическое поле

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

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

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

Электрические поля воздействуют на неподвижные относительно наблюдателя электрически заряженные частицы. В результате они получают силовое влияние. Пример воздействия поля можно наблюдать и в быту. Для этого достаточно создать электрический заряд. Учебники физики предлагают для этого простейший пример, когда диэлектрик натирается о шерстяное изделие. Получить поле вполне возможно, взяв пластиковую шариковую ручку и потерев ее о волосы. На ее поверхности образуется заряд, что приводит к появлению электрического поля. Как следствие ручка притягивает мелкие частицы. Если ее преподнести к мелко разорванным кусочкам бумаги, то они будут притягиваться к ней. Такой же результат можно достигнуть и при использовании пластиковой расчески.

Бытовым примером проявления электрического поля является образование мелких световых вспышек при снятии одежды из синтетических материалов. В результате нахождения на теле диэлектрические волокна накапливают вокруг себя заряды. При снятии такого предмета одежды электрическое поле подвергается различным силам воздействия, что и приводит к образованию световых вспышек. Особенно это характерно для зимней одежды, в частности свитеров и шарфов.

Свойства поля

Для характеристики электрического поля применяется 3 показателя:

• Потенциал.
• Напряженность.
• Напряжение.

Потенциал

Данное свойство является одним из главных. Потенциал указывает на количество накопленной энергии применяемой для перемещения зарядов. По мере их сдвига энергия расточается, постепенно приближаясь к нулю. Наглядной аналогией данного принципа может выступить обыкновенная стальная пружина. В спокойном положении она не обладает никаким потенциалом, но только до того момента, пока не будет сжата. От такого воздействия она получает энергию противодействия, поэтому после прекращения влияния обязательно разогнется. Когда пружина отпускается, то моментально распрямляется. Если на ее пути окажутся предметы, она начнет их двигать. Возвращаясь непосредственно к электрическому полю потенциал можно сравнить с приложенными усилиями на выпрямление назад.

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

Также для большего понимания данной величины можно привести еще один пример. Предположим, что незначительный положительно заряженный заряд располагается далеко за пределами действия эл.поля. Это делает его совершенно нейтральным и исключает взаимный контакт. Если же в результате воздействия любой сторонней силы заряд будет двигаться по направлению к электрическому полю, то достигнув его границы, будет втянут в новую траекторию. Энергия поля, затраченная на влияние относительно заряда в определенной точке воздействия, и будет называться потенциалом на этой точке.

Выражение электрического потенциала осуществляется через единицу измерения Вольт.

Напряженность

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

Напряжение

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

В электрическом поле положительные заряды перемещаются от точек с высоким потенциалом в места, где он ниже. Что касается отрицательных зарядов, то они движутся противоположно. Как следствие осуществляется работа с использованием потенциальной энергии поля. Фактически напряжение между точками качественно выражает работу, совершенную полем для переноса единицы противоположно заряженных зарядов. Таким образом, термины напряжение и разность потенциалов это одно и то же.

Наглядное проявление поля

Электрическое поле имеет условное визуальное выражение. Для этого применяются графические линии. Они совпадают с линиями воздействия силы, которые излучают заряды вокруг себя. Помимо линии действия сил, также важно их направление. Для классификации линий за основу определения направлений принято использовать положительный заряд. Таким образом, стрелка движения поля идет от положительных частиц к отрицательным.

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

Электрическое поле может иметь различные типы линий в зависимости не только от полярности заряда, который способствует их образованию, но и наличию сторонних факторов. Так, при встрече противоположных полей они начинают действовать друг на друга притягательно. Искаженные линий приобретают очертания гнутых дуг. В том же случае, когда встречаются 2 одинаковых поля, то они отталкиваются в противоположные стороны.

Сфера применения

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

Использование в медицине

Воздействия электрического поля на определенные участки тела человека позволяет повышать его фактическую температуру. Это свойство нашло свое применение в медицине. Специализированные аппараты обеспечивают воздействия на необходимые участки поврежденных или больных тканей. В результате чего улучшается их кровообращение и возникает заживляющий эффект. Поле воздействует с высокой частотой, поэтому точечное влияние на температуру дает свои результаты и вполне ощутимо для больного.

Применение в химии

Данная сфера науки предусматривает использования различных чистых или смешанных материалов. В связи с этим работа с эл.полями не могла обойти эту отрасль. Компоненты смесей взаимодействуют с электрическим полем по-разному. В химии это свойство применяется для разделения жидкостей. Данный метод нашел лабораторное применение, но встречается и в промышленности, хотя и реже. К примеру, при воздействии полем осуществляется отделения в нефти загрязняющих компонентов.

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

Электротехника

Использование электрического поля имеет весьма интересное применение в электротехнике. Так, был разработан способ беспроводной передачи электричества от источника до потребителя. До недавнего времени все разработки имели теоретический и экспериментальный характер. Уже имеется эффективная реализация технологии зарядки телефона без применения непосредственного гибкого кабеля вставляемого в USB разъем смартфона. Данный способ пока не позволяет передавать энергию на продолжительное расстояние, но он совершенствуется. Вполне возможно, что в ближайшем будущем надобность в зарядных кабелях с блоками питания отпадет полностью.

При выполнении электромонтажных и ремонтных работ применяется светодиодная индикаторная отвертка, действующая на основе схемы полевого транзистора. Помимо ряда функций, она может реагировать на электрическое поле. Благодаря этому при приближении пробника к фазному проводу индикатор начинает светиться без фактического касания к токопроводящей жиле. Он реагирует на поле исходящие от проводника даже сквозь изоляцию. Наличие электрического поля позволяет находить токопроводящие провода в стене, а также определять точки их разрыва.

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

Возможности применения в будущем

Имеются и более экзотические возможности для электрического поля, которыми на сегодняшний день еще не обладает наука. Это коммуникации быстрее скорости света, телепортация физических объектов, перемещение за один миг между разомкнутыми местоположениями (червоточины). Однако для осуществления подобных планов будут нужны куда более сложные исследования и эксперименты, чем проведение экспериментов с двумя возможными исходами.

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

Похожие темы:

«Можно ли обнаружить магнитное и электрическое поля одновременно?» – Яндекс.Кью

Во первых-стрелка компаса начнет показывать с точностью да наоборот.
А во вторых — электроника (или большая ее часть ) выйдет из строя. А связанно это с ионосферой. Ионосфера -это  слой атмосферы планеты, сильно ионизированный вследствие облучения космическими лучами и следовательно, наполненная заряженными частицами.

Заряженные частицы движутся горизонтально по всей сфере, пронизывая ее токами. Но интенсивность токов не одинакова. Из слоев, лежащих выше ионосферы — а именно из плазмосферы и магнитосферы — происходит постоянное высыпание  заряженных частиц. Происходит это неравномерно, а на участке верхней границы ионосферы, по форме напоминающем овал. Этих овалов два, они накрывают Северный и Южный магнитные полюса Земли. И именно здесь, где концентрация заряженных частиц особенно велика, протекают самые сильные токи в ионосфере, измеряемые сотнями килоампер. Из школьного курса физики мы знаем, что электрический ток нагревает проводник, по которому течет. В данном случае движение зарядов будет нагревать ионосферу. Например, в средних широтах в летние месяцы невозможно будет пользоваться коротковолновой радиосвязью. Нарушится и работа спутниковых навигационных систем, поскольку они используют модели ионосферы, которые в новых условиях будут неприменимы.
Так же магнитное поле играет еще одну важную роль- оно служит своеобразным дорожным указателем для ежегодно мигрирующих живых существ. А что случится если даст сбой «природный компас» мигрирующих рыб и зверей, сложно предугадать. Так же заряженные частицы будут проникать в нейтральную атмосферу, это повлияет на систему ветров на высоте 200-400 км, а значит — и на климат в целом.
В общем, человечеству придется несладко.
В конце хочу еще добавить, что Земля уже переживала инверсию, последний раз был около 700 тыс. лет назад (кстати , некоторые биологи объясняют эти эволюционные скачки и мутации). И никакой закономерности в частоте смен полюсов до сих пор не нашли.
В общем, если скоро человечество настигнет такая напасть -пора учится жить без смартфонов.

Я понимаю, как вырабатывается электричество. Но откуда берется электричество? Что такое ток, его природа?

Этот вопрос, как капуста, его раскрываешь-раскрываешь, а до «фундаментальной» кочерыжки всё ещё далеко. Хоть вопрос, видимо, касается этой самой кочерыжки, придётся всё же попробовать одолеть всю капусту.

На самый поверхностный взгляд природа тока кажется простой: ток — это когда заряженные частицы движутся. (Если частица не движется, то тока нет, есть только электрическое поле.) Пытаясь постичь природу тока, и не зная из чего состоит ток, выбрали для тока направление, соответствующее направлению движения положительных частиц. Позже оказалось, что неотличимый, точно такой же по действию ток получается при движении отрицательных частиц в противоположном направлении. Эта симметрия является примечательной деталью природы тока.

В зависимости от того, где движутся частицы природа тока тоже различна. Отличается сам текущий материал:

• В металлах есть свободные электроны;
• В металлических и керамических сверхпроводниках — тоже электроны;
• В жидкостях — ионы, которые образуются при протекании химических реакций или при воздействии приложенного электрического поля;
• В газах — снова ионы, а также электроны;
• А вот в полупроводниках электроны несвободны и могут двигаться «эстафетно». Т.е. двигаться может не электрон, а как бы место, где его нет — «дырка». Такая проводимость называется дырочной. На спайках разных полупроводников природа такого тока рождает эффекты, делающие возможной всю нашу радиоэлектронику.
  У тока две меры: сила тока и плотность тока. Между током зарядов и током, например, воды в шланге больше различий, чем сходства. Но такой взгляд на ток вполне продуктивен, для понимания природы последнего. Ток в проводнике это векторное поле скоростей частиц (если это частицы с одинаковым зарядом). Но мы обычно для описания тока не учитываем эти детали. Мы усредняем этот ток.

Если мы возьмём одну только частицу (естественно заряженную и движущуюся), то ток равный произведению заряда и мгновенной  скорости в конкретный момент времени существует ровно там, где находится эта частица. Помните, как было в песне дуэта Иваси «Пора по пиву»: «…если климат тяжёл и враждебен астрал, если поезд ушёл и все рельсы ЗА-БРАЛ…» 🙂

И вот мы пришли к той кочерыжке, которую упоминали вначале. Почему частица имеет заряд (с движением вроде всё ясно, а что же такое заряд)? Наиболее фундаментальные частицы (вот теперь уж точно 🙂 вроде бы неделимые) несущие заряд — это электроны, позитроны (антиэлектроны) и кварки. Отдельно взятый кварк вытащить и исследовать невозможно из-за конфайнмента, с электроном вроде проще, но тоже пока не очень-то ясно. На данный момент видно, что ток квантуется: не наблюдается зарядов меньше заряда электрона (кварки наблюдаются только в виде адронов с совокупным зарядом таким же или нулевым). Электрическое поле отдельно от заряженной частицы может существовать только в связке с магнитным полем, как электромагнитная волна, квантом которой является фотон. Возможно, какие-то интерпретации природы электрического заряда лежат в сфере квантовой физики. Например, предсказанное ею и обнаруженное сравнительно недавно поле Хиггса (есть бозон — есть и поле) объясняет массу ряда частиц, а масса — это мера того, как частица откликается на гравитационное поле. Может быть и с зарядом, как с мерой отклика на электрическое поле, обнаружится какая-то похожая история. Почему есть масса и почему есть заряд — это в чём-то родственные вопросы.

Многое известно о природе электрического тока, но самое главное пока нет.

Что происходит с электронами металла при возникновении в нем электрического поля?

Увы, не совсем корректная постановка вопроса, все дело в том, что любые предметы, которые нас окружают, уже обладают собственным электрическим полем, в том числе и металл. Поэтому поле в металле присутствует само по себе, как его неотъемлемая составляющая, совсем другое дело, если металл помещается в разность потенциалов, которая создает искусственное электромагнитное поле и направленное движение заряженных частиц – электрический ток.

Если вы помещаете любой металл под напряжение, в нем возникает электродвижущая сила и все атомы в металле попадают под воздействие электрического поля. До этого система атомов находится в равновесии, состав атомарных орбит соответствует нормальному состоянию, но в случае появления направленного электрического поля, основные носители заряда в металле – электроны получают дополнительную энергию, которой становится достаточно для преодоления силы притяжения ядра атома.

!

Электроны в металле начинают переходить на дальние орбиты, число которых определяются валентностью металла, к которому прикладывается напряжение. При удалении от ядра атома связь между электронами и ядром ослабевает и у электронов появляется большая свобода в движении. После чего электроны начинают взаимодействовать не только с ядром, но и притягиваться друг к другу при сближении по орбитам. Атом, в этой ситуации принимает уж более вытянутую форму, как показано на рисунке выше.

Электрическое поле

| Определение, единицы и факты

Электрическое поле , электрическое свойство, связанное с каждой точкой в ​​пространстве, 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 создало поле, — это все, что необходимо для определения того, что произойдет с электрическими зарядами вблизи этой конкретной точки.

Подробнее по этой теме

Электромагнетизм: электрические поля и силы

Значение электрического поля в точке пространства, например, равно силе, которая будет действовать на единичный заряд в этой точке …

Вместо того, чтобы рассматривать электрическую силу как прямое взаимодействие двух электрических зарядов на расстоянии друг от друга, один заряд считается источником электрического поля, которое распространяется наружу в окружающее пространство, и сила, действующая на второй заряд в этом пространстве. Пространство рассматривается как прямое взаимодействие между электрическим полем и вторым зарядом.Напряженность электрического поля

E в любой точке может быть определена как электрическая или кулоновская сила F , приложенная на единицу положительного электрического заряда q в этой точке, или просто E = F / q . Если второй, или тестовый, заряд вдвое больше, результирующая сила удваивается; но их частное, мера электрического поля E , остается неизменным в любой данной точке. Сила электрического поля зависит от заряда источника, а не от испытательного заряда.Строго говоря, введение небольшого пробного заряда, который сам по себе имеет электрическое поле, несколько изменяет существующее поле. Электрическое поле можно представить как силу на единицу положительного заряда, которая будет действовать до того, как поле будет возмущено присутствием пробного заряда.

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 на положительных зарядах и заканчивающиеся на отрицательных зарядах. Касательная к силовой линии указывает направление электрического поля в этой точке. Там, где силовые линии расположены близко друг к другу, электрическое поле сильнее, чем там, где они расположены 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 одной точке, электрическое поле прямо пропорционально величине заряда; он обратно пропорционален квадрату расстояния, радиально удаленного от центра заряда источника, и зависит также от природы среды. Наличие материальной среды всегда уменьшает электрическое поле ниже значения, которое оно имеет в вакууме.

Силовые линии почти равных, но противоположных зарядов. Encyclopædia Britannica, Inc. телеканал.Электрическое поле с сопровождающим его магнитным полем распространяется в пространстве как излучаемая волна 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.

Получите эксклюзивный доступ к контенту нашего 1768 First Edition с подпиской. Подпишитесь сегодня

Величина электрического поля имеет размерность силы на единицу заряда. В системах метр-килограмм-секунда и системе СИ соответствующие единицы — ньютоны на кулон, что эквивалентно вольтам на метр.В системе сантиметр-грамм-секунда электрическое поле выражается в единицах дин на электростатическую единицу (esu), что эквивалентно статвольтам на сантиметр.

.

Что такое электрическое поле? Определение, типы и свойства

Определение: Область вокруг электрического заряда, в которой действует напряжение или электрическая сила, называется электрическим полем или электростатическим полем. Если величина заряда велика, это может создать огромное напряжение вокруг области. Электрическое поле обозначается символом E. Единица измерения электрического поля в системе СИ — ньютон на кулон, что равно вольтам на метр.

Электрическое поле представлено воображаемыми силовыми линиями.Для положительного заряда силовая линия выходит из заряда, а для отрицательного заряда силовая линия будет двигаться в сторону заряда. Электрическое поле для положительных и отрицательных зарядов показано ниже

.

Рассмотрим единичный заряд Q, помещенный в вакуум. Если рядом с Q поместить другой заряд q, то согласно закону Кулона заряд Q приложит к нему силу. Заряд Q создает вокруг себя электрическое поле, и когда рядом с ним помещается любой другой заряд, электрическое поле Q прикладывает к нему силу. Электрическое поле, создаваемое зарядом Q в точке r, равно

.

где Q — удельный заряд
r — расстояние между зарядами

Заряд Q прилагает силу к заряду q, выражается как

Заряд q также прилагает к заряду Q равную и противоположную силу.

Типы электрического поля

Электрическое поле в основном подразделяется на два типа. Это однородное электрическое поле и неоднородное электрическое поле.

1. Равномерное электрическое поле

Когда электрическое поле постоянно в каждой точке, это поле называется однородным электрическим полем. Постоянное поле получается путем размещения двух проводников параллельно друг другу, и разность потенциалов между ними остается одинаковой в каждой точке.

2. Неоднородное электрическое поле

Поле, которое нерегулярно в каждой точке, называется неоднородным электрическим полем. Неоднородное поле имеет разную величину и направление.

Свойства электрического поля

Ниже приведены свойства электрического поля.

1. Линии поля никогда не пересекаются.
2. Они перпендикулярны поверхностному заряду.
3. Поле сильное, когда линии расположены близко друг к другу, и слабое, когда силовые линии удаляются друг от друга.
4. Количество силовых линий прямо пропорционально величине заряда.
5. Силовая линия электрического поля начинается от положительного заряда и заканчивается отрицательным зарядом.
6. Если заряд одиночный, то они начинаются или заканчиваются на бесконечности.
7. Линии кривые непрерывны в свободной области.

Когда электрическое и магнитное поля объединяются, они образуют электромагнитное поле.

.

Electric Field — HowToMechatronics

В этой лекции мы узнаем об электрическом поле, свойствах силовых линий электрического поля и принципе суперпозиции. Вы можете посмотреть следующее видео или прочитать письменное руководство ниже.

Два электрически заряженных объекта оказывают друг на друга силу. Они также оказывают давление друг на друга, даже когда не находятся в контакте. Эта сила называется действием на расстоянии .

Что такое электрическое поле?

Если у нас есть заряженный объект, мы действительно можем предсказать, что случится с другими электрическими зарядами, когда они будут поднесены близко к этому объекту.

Заряженный объект изменяет пространство вокруг себя, образуя электрическое поле. Электрическое поле имеет способность воздействовать силой на другой электрический заряд, помещенный в любую точку поля.

Когда мы говорили о законе Кулона, мы наблюдали силу между двумя зарядами как действие между двумя объектами, а теперь мы будем наблюдать силу как действие, которое электрическое поле оказывает на заряд, входящий в это поле.

Майкл Фарадей был британским ученым и первым представил концепцию электрического поля.Поле может быть:

• Любая величина, которой можно присвоить значение во всех точках пространства вокруг источника поля; или
• «регион влияния».

Как работают электрические поля?

Прежде всего, напряженность электрического поля — это векторная величина, имеющая величину и направление. Направление поля в точке на самом деле совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд, помещенный в эту точку.

Допустим, имеется положительный точечный заряд, обозначаемый заглавной буквой Q.Чтобы увидеть, как этот заряд влияет на другие заряды, мы введем в его сферу влияния небольшой положительный тестовый заряд, обозначенный q.

Причина, по которой мы вносим небольшой тестовый заряд, заключается в том, что нам нужно значение, которое не зависит от размера тестового заряда и зависит только от источника поля и расстояния от этого источника.

Тестовый заряд по определению всегда положительный. Оба заряда создают электрические поля, но большая Q имеет гораздо большую величину, чем маленькая.Точечный заряд Q изменяет пространство вокруг себя и создает электрическое поле.

Формула электрического поля

Теперь мы можем измерить поле.

Электрическое поле, создаваемое заряженным объектом, на самом деле представляет собой электрическую силу между объектом и испытательным зарядом, деленную на величину этого испытательного заряда. Закон Кулона поможет нам найти силу.

Итак, вместо заглавной F мы воспользуемся уравнением закона Кулона.

Здесь мы можем заметить, что маленький q появляется дважды в этом уравнении, поэтому он сокращается, и мы получаем уравнение, которое включает только точечный заряд.

Наконец, напряженность электрического поля, создаваемого точечным зарядом, равна кулоновской постоянной, умноженной на заряд объекта, создающего поле, деленному на квадрат расстояния между этим объектом и испытательным зарядом.

Здесь у нас есть положительный точечный заряд и положительный тестовый заряд, а результат имеет положительный знак, что означает, что положительно заряженный объект будет отражать положительный тестовый заряд. Вот почему на диаграмме электрического поля есть стрелки, направленные наружу.

Для отрицательного точечного заряда и положительного тестового заряда у нас есть сила притяжения, которая отображается отрицательным знаком в уравнении.

Схема силовых линий отрицательно заряженного объекта будет выглядеть как диаграмма положительно заряженного объекта, но со стрелками, направленными внутрь, что означает, что отрицательно заряженный объект Q будет притягивать положительные тестовые заряды.

Единица измерения электрического поля — ньютоны на кулон или вольт на метр.

Электрическое поле существует, даже если поблизости нет испытательного заряда для его измерения. Точно так же гравитационное поле окружает Землю, даже если поблизости нет «тестовой массы» для ее измерения.

Если мы знаем значение точечного заряда и значение напряженности электрического поля, мы можем легко вычислить силу, просто умножив эти значения.

Пример

Например, у нас есть точечный заряд Q, равный 1 × 10-8 Кулонов.Также у нас есть пробный заряд в 1 кулон на расстоянии 50 см. Итак, какое электрическое поле находится в 50 см от точечного заряда?

Электрическое поле в этой точке будет представлять собой постоянную Кулона, умноженную на заряд, генерирующий поле, деленную на квадрат расстояния между точечным зарядом и пробным зарядом. Это равно 9 × 109 Нм2 / C2, умноженному на 1 × 10-8 C, разделенному на (0,5 м) 2.

Здесь мы можем исключить метры и кулоны, что дает нам ньютоны / кулоны.Это равно 90, разделенному на 0,25 Ньютона / кулон. Наконец, величина электрического поля, создаваемого точечным зарядом на расстоянии 50 см, составляет 360 Ньютонов на кулон.

Сила, приложенная к испытательному заряду, будет равна испытательному заряду, умноженному на величину электрического поля, которая равна 1 кулону, умноженному на 360 ньютонов / кулон. Здесь кулоны уравновешиваются, и сила, приложенная к этому 1 кулону заряда, составит 360 ньютонов.

Здесь мы можем заметить, что точечный заряд и тестовый заряд положительны, поэтому сила будет отталкивающей, что означает, что направление силы будет наружу.

Принцип суперпозиции

Принцип суперпозиции также применим к электрическим полям.

Допустим, у нас есть два точечных заряда Q1 и Q2, и мы подносим рядом положительный тестовый заряд q. Q1 — положительный заряд, а Q2 — отрицательный заряд. Сила, которую Q1 применяет к q, является отталкивающей, а сила, которую Q2 применяет к q, является притягивающей.

Принцип суперпозиции может помочь нам вычислить полное электрическое поле, создаваемое множественными точечными зарядами, которое представляет собой просто сумму всех отдельных полей.

Другими словами, полное электрическое поле в точке от системы зарядов, действующих на тестовый заряд, равно векторной сумме электрических полей в этой точке от каждого из отдельных зарядов.

Используя это уравнение, мы можем вычислить полное электрическое поле E, которое равно E1 + E2:

Линии электрического поля

Небольшой положительный тестовый заряд q, помещенный в различные точки рядом с Q, будет отталкиваться (или привлеченный) Q и будет двигаться вдоль линий.Эти векторы называются силовыми линиями или линиями электрического поля, концепция, впервые введенная Майклом Фарадеем.

Они показывают направление и величину силы, приложенной к любому близлежащему положительному испытательному заряду. На самом деле это направление, в котором перемещался бы мобильный положительный заряд, если бы его поместили в поле.

Свойства силовых линий электрического поля

Давайте посмотрим на поле между двумя зарядами одинаковой величины, но противоположного знака. Они образуют электрический диполь.

Теперь давайте соединим их электрические поля и создадим полное электрическое поле.

Если мы обратим внимание на это полное электрическое поле, то обнаружим четыре важных свойства силовых линий электрического поля.

1. Линии всегда начинаются с положительных зарядов и заканчиваются отрицательными. В нашем примере линии начинаются от положительно заряженного объекта и движутся к отрицательно заряженному. Из каждой частицы выходит одинаковое количество линий, потому что величина их зарядов одинакова и противоположна.
2. Линии поля должны касаться направления поля в любой точке.
3. Близость линий указывает на напряженность поля. Чем больше плотность линий, тем больше величина поля, и наоборот.
4. Линии никогда не пересекаются. Заряд не может идти в двух направлениях одновременно.

Хорошо, это все для этого руководства. Надеюсь, вам понравилось, и вы узнали что-то новое. В следующем уроке по основам электроники мы поговорим о работе и потенциале.

.

Электрический заряд и электрическое поле: примеры проблем с решениями

Электрический заряд и электрическое поле: примеры проблем с решениями

1. СТАТИЧЕСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И ЗАРЯД: СОХРАНЕНИЕ ЗАРЯДА

Обычное статическое электричество включает в себя заряды от нанокулонов до микрокулон.

а. Сколько электронов нужно для образования заряда –2,00 нКл?

Решение

Все заряженные объекты в природе несут заряды, которые являются целыми кратными базовой величине

заряда, qe, любого заряда Q: Q = n qe

∣ qe ∣ = 1.60 × 10−19 C.

б. Сколько электронов необходимо удалить с нейтрального объекта, чтобы получить чистый заряд 0.

мкКл?

2. ЗАКОН КУЛОНА

Три заряда лежат вдоль оси x, как показано: q 1 = 6 мкКл, q 2 = -2 мкКл. Определите величину

и направление чистой силы на q 3 = 1,5 мкКл.

Решение

На q 3 действуют две кулоновские силы:

 F 1 — сила, действующая на q 3 из-за q 1.

 F 2 — сила, действующая на q 3 из-за q 2.

Мы можем найти чистую силу, векторно сложив эти две силы.

Сначала нам нужно нарисовать диаграмму свободного тела для q 3: мы нарисуем две силы (вектора), действующие

на эту заряженную частицу. F 1 направлен вправо, потому что q 1 и q 3 отталкиваются друг от друга, а F 2

также направлено вправо, потому что q 3 и q 2 притягиваются друг к другу.

Мы определим величину каждой силы, учитывая абсолютные значения зарядов.

Затем мы векторно сложим две силы, учитывая их направление.

q

1

= 6 мкКл

1 м

F

2

q

3

= 1,5 мкКл q 2 = -2 мкКл

2 м

F

1

2

1 2

r

q q Fk

 

  

 

 

  

 

F F ​​F 0.081 N 0.007N F 0.088N

F 0.00675N 0.007N

м

2 10 C 1,5 10 C

F 9 10 Н м / C r

q q F k

F 0.081N

м 1

6 10 C 1,5 10 C

F 9 10 Н · м / C r

q q F k

нетто 1 2 нетто

2 2

6 6

9 2 2

2 2

2

2 3

2

2 1

6 6

9 2 2

2 1

1

1 3

1

    

 

 

   



 

   

 

 

N 1.25 10 электронов

1.60 10 C

2.00 10 C

N

q

Q

N

10

19

9

e

 



 





N 3,13 10 электронов 1,60 10 С

0,500 10 C

N

12

19

6

 

 

 







3.ДОБАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

Стратегия решения проблем: электрические поля из-за точечных сборов

a. Электрическое поле зависит от положения: выберите точку, в которой вы хотите определить поле

.

г. Нарисуйте диаграмму: нарисуйте вектор электрического поля в этой точке из-за каждого заряда. Направление

задается направлением силы на положительный испытательный заряд.

г. Используйте уравнение, чтобы найти величину электрического поля в этой конкретной точке, обусловленного

отдельных зарядов

d.Принцип суперпозиции применяется, если присутствует более одного заряда.

Пример 1:

Найдите электрическое поле в точке P, расположенной на полпути между зарядами, когда оба заряда

положительны, как показано.

Решение

Каждый точечный заряд создает собственное электрическое поле в

этой конкретной точке, поэтому в точке P действуют два вектора электрического поля

:

 E 1 — электрическое поле в поле P из-за q 1.

 E 2 — электрическое поле в поле P из-за q 2.

Мы можем найти чистое поле, векторно сложив эти два вектора.

Поскольку два вектора электрического поля равны по величине и противоположны по направлению, они компенсируют

друг друга, так что результирующее поле в точке P равно нулю.

Примечание:

Электрическое поле существует в области пространства вокруг заряженного объекта, если в этом месте есть другой заряженный объект

или нет.

2 м

q

2

q 1 = +2.5 мкКл = +2,5 мкКл

E

2

E 1

1 м

P

E

r

г q q r r 1m E E k r

г E k net 2 1 2 1 2 1 2 2

       0

Пример 3:

Три точечных заряда расположены в углах равностороннего треугольника, как показано.

а. Вычислите электрическое поле в точке P, расположенной посередине между двумя зарядами на оси x

.

г. Если заряд 1 нКл помещен в точку P, определить силу (направление и величину), действующую на

эту частицу?

Решение

а.Вычислите электрическое поле в точке P, расположенной посередине между двумя зарядами на оси x

.

Каждый точечный заряд создает собственное электрическое поле в точке P, поэтому в точке P действуют 3 вектора электрического поля

:

 E 1 — электрическое поле в точке P из-за q 1, направленное в сторону от этой точки. положительный заряд.

 E 2 — электрическое поле в P, обусловленное q 2, также вдали от q 2.

 E 3 — электрическое поле в P, обусловленное q 3, направленное на этот отрицательный заряд

.

o Нарисуйте диаграмму:

o Используйте уравнение, чтобы найти величину электрического поля в этой конкретной точке

, обусловленной отдельными зарядами

o Примените принцип суперпозиции: сложите три вектора. Обратите внимание, что E 2 и E 3 оба находятся в положительном направлении x

, а E 1 — в отрицательном направлении y.

г. Если заряд 1 нКл помещен в точку P, определить силу

(направление и величина), действующую на эту частицу?

q

1

=

q

2

= q

3

=

E

2

E

1

E

2

 

θ 355.

θ 4,4 θ 360 4. 1869 N / C

— 144 Н / З

θ загар E E

E

θ загар

Найдите направление:

EEEEE 1.88 10 N / C

0

1-0 0 0

2 3

1-1

2 3

1

2

2 3



   





    

q

1

=

q

2

= q

3

E =

y

E

8 x 900 E

θ

  

0

9-3 6-

Видное направление как: E θ 355.

E q F F 1.00 10 C 1.88 10 N / C F 1.88 10 N q

F

E



      



 

 

 

E 144 N / C

0,433 м

3 10 C

E 9 10 Н м / C

r 0,5 м sin 60 0,433 м

r Расстояние от q до точки P. r

г E k

2 1

9-

9 2 2

1

0

1

2 1 1

1

1

1





  

 

 

 

 

 

 

E 719 N / C

0.250м

5 10 C

r 0,250 м E 9 10 Н м / C r

г E k

E 1150 Н / З

0,250 м

8 10 C

r 0,250 м E 9 10 Н м / C r

г E k

2 3

9-

9 2 2

2 3 3

3

2

3

2 2

—

9 2 2

2 2 2

2

2

2





    





    

.