Статическое электрическое поле обладает свойствами. Статическое электрическое поле: свойства, влияние и применение

Что такое статическое электрическое поле. Какими основными свойствами обладает статическое электрическое поле. Как статическое электрическое поле влияет на организм человека. Где применяется статическое электрическое поле в современном мире.

Что такое статическое электрическое поле и как оно возникает

Статическое электрическое поле — это особый вид материи, который создается неподвижными электрическими зарядами. В отличие от переменного электрического поля, статическое поле не изменяется со временем.

Основные способы возникновения статического электрического поля:

• Трение диэлектриков друг о друга (например, при расчесывании волос)
• Разделение разноименных зарядов (например, при отрыве липкой ленты)
• Индукция зарядов во внешнем электрическом поле
• Накопление зарядов на изолированных проводниках

Статическое электрическое поле может существовать длительное время, если заряды не имеют возможности стекать. Именно поэтому оно часто возникает на диэлектриках и изолированных проводниках.

Ключевые характеристики и свойства статического электрического поля

Статическое электрическое поле обладает рядом важных свойств:

• Напряженность поля не меняется со временем
• Силовые линии начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных
• Работа сил поля по замкнутому контуру равна нулю
• Поле потенциально, т.е. обладает потенциальной энергией
• Выполняется принцип суперпозиции полей

Основной характеристикой статического электрического поля является его напряженность. Она показывает силу, действующую на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля.

Влияние статического электрического поля на организм человека

Длительное воздействие статического электрического поля может оказывать негативное влияние на здоровье человека. Основные эффекты:

• Раздражение кожных покровов, зуд, покалывание
• Электризация волос и ворсинок на коже
• Нарушение работы нервной системы
• Головные боли, повышенная утомляемость
• Снижение иммунитета

Степень воздействия зависит от напряженности поля и длительности нахождения в нем. При кратковременном воздействии сильные негативные эффекты обычно не возникают.

Применение статического электрического поля в технике и промышленности

Несмотря на потенциальные риски, статическое электрическое поле широко используется в различных областях:

• Электростатические фильтры для очистки воздуха
• Электростатическое нанесение краски и порошковых покрытий
• Электростатическая сепарация материалов
• Электростатические копировальные аппараты
• Ускорители заряженных частиц

Умелое применение свойств статического электричества позволяет создавать эффективные технические устройства и технологические процессы.

Методы защиты от воздействия статического электрического поля

Для минимизации негативного влияния статического электричества применяются следующие меры защиты:

• Заземление оборудования и конструкций
• Ионизация воздуха в помещениях
• Использование антистатических материалов
• Увлажнение воздуха до 60-70%
• Экранирование источников поля

В производственных условиях также важно соблюдать допустимые уровни напряженности поля и время нахождения работников в электростатическом поле.

Измерение параметров статического электрического поля

Для контроля уровня статического электричества используются специальные приборы:

• Электростатические вольтметры
• Измерители напряженности электростатического поля
• Электрометры
• Киловольтметры

Измерения позволяют оценить интенсивность поля и при необходимости принять меры по его снижению до безопасного уровня. Особенно важен контроль в производственных помещениях и на рабочих местах.

Статическое электрическое поле в природе

В естественных условиях статическое электрическое поле возникает в атмосфере Земли. Его основные особенности:

• Напряженность у поверхности Земли около 130 В/м
• Положительный заряд в верхних слоях, отрицательный — у поверхности
• Усиливается при грозовой активности
• Влияет на процессы в ионосфере

Атмосферное электрическое поле играет важную роль в формировании погоды и климата. Его изучение помогает лучше понять многие природные явления.

1 Электрическое поле в вакууме

V2: 01. Электростатика (а)

1 Полный заряд системы сохраняется только в том случае, если …

через границу этой системы не проходят заряженные тела

эта система не испытывает ускорений

эта система покоится

на эту систему не оказывают воздействий другие заряженные тела

2 Два точечных заряда q и 2q

на расстоянии r друг от друга взаимодействуют с силой . С какой силой будут взаимодействовать заряды q и q/2 на расстоянии 2r?

3 Какие из нижеприведенных графиков наиболее точно отражают зависимость кулоновской силы F от величины одного из зарядов q и расстояния между ними R?

I, III

II, IV

II, III

I, IV

4 Незаряженный металлический шарик, помещенный справа от положительно заряженного шарика, будет испытывать ускорение, направленное…

вниз

вверх

влево

вправо

5 Напряженность электрического поля в центре сферы радиуса

1 см, по поверхности которой равномерно распределен заряд 4 мкКл, равна…E=k*q/r^2

В/м

В/м

В/м

В/м

6 В некоторой точке поля, созданного точечным зарядом, потенциал равен 4 В. Расстояние между точкой и зарядом увеличили в 2 раза, при этом потенциал стал равным …

16 В

8 В

1 В

2 В

2 Свойства статического электрического поля (а)

7 В однородном электростатическом поле перемещается положительный заряд из точки 1 в точку 2 по траекториям I, II и III.

Работы, совершаемые силами поля, соотносятся следующим образом …

8 Поле создано точечным зарядом –q. Укажите направление вектора E – напряженности электрического поля в точке А.

1

2

3

4

9 Статическое электрическое поле обладает свойствами:

циркуляция вектора напряженности электростатического поля вдоль произвольного замкнутого контура всегда равна нулю;

циркуляция вектора напряженности электростатического поля вдоль произвольного замкнутого контура всегда отрицательна;

циркуляция вектора напряженности электростатического поля вдоль произвольного замкнутого контура всегда положительна;

циркуляция вектора напряженности электростатического поля вдоль произвольного замкнутого контура может принимать как положительные, так и отрицательные значения. 2

Этот-

11 Вписанный в куб шар пересекается равномерно заряженной с поверхностной плотностью бесконечной плоскостью, проходящей через общий центр О куба и шара параллельно противоположным граням куба.

Отношение потоков вектора напряженности поля заряженной плоскости сквозь поверхности шара и грани куба равно …Ф=ES

12 Электрическое поле создано одинаковыми по величине точечными зарядами q₁ и q₂.

Если q₁ = +q и q₂= –q, а расстояние между зарядами и от q₂ до точки С равно а, то вектор напряженности поля в точке С ориентирован в направлении …

1

3

5

4

2

13 Какой из нижеприведенных графиков соответствует зависимости напряженности электростатического поля от расстояния (отсчитываемого от их центра), созданного двумя концентрическими сферами с зарядами , и R₂=2R₁?

Этот думаю

14 В вершинах равностороннего треугольника находятся одинаковые по модулю заряды.

Направление силы, действующей на верхний заряд, и направление напряженности поля в месте нахождения этого заряда обозначены векторами: …

сила – вектор 2, напряженность – вектор 4

сила – вектор 4, напряженность – вектор 2

сила – вектор 2, напряженность – вектор 3

сила – вектор 1, напряженность – вектор 3

сила – вектор 1, напряженность – вектор 1

15 Электрическое поле создано двумя точечными зарядами и . Напряженность и потенциал поля в точке А равны…

,

,

,

,

,

16 Поток вектора напряженности электрического поля через поверхность куба с длиной ребра 1 см, в центре которого находится заряд 8,85 мкКл, равен …Ф=q/(Диэлектр проницаймость)

3

5

12

0,3

1

Электрическое поле

Электрическое поле – феномен, который изучает классическая электродинамика. Наряду с магнитным и электромагнитным полем термин «электрическое поле» является одним из фундаментальных в современной физической науке. С использованием этого термина и понятия электрического заряда можно описать намного большее количество природных явлений, чем может показаться неосведомлённому в физике человеку.

Общая характеристика

Электрическим полем называется специфическая разновидность материи, формируемая микротелами, имеющими заряды. Тем не менее, это не только совокупность заряженных тел: данным термином именуется также микрополе, которое формирует в пространстве каждое заряженное тело. Именно совокупность этих микрополей и создаёт электрические поля в привычном для нас понимании.

Существование и непрерывное функционирование электрического поля обусловлено непрерывным взаимодействием частиц, имеющих заряды, в ходе которого они непосредственно сообщают электромагнитную энергию один другому посредством электрических полей, которые окружают каждое из них. Графически электрическое поле следует изображать в виде схематичной совокупности линий, в физической науке именуемых силовыми.

Силовые линии

Благодаря достижениям современной физики мы знаем, что электрические силы объясняют все химические и физические свойства веществ, от атома до животной клетки. Естествоиспытателями, которые заложили фундамент научного знания об электрическом поле, были Андре-Мари Ампер, Майкл Фарадей и Джеймс Клерк Максвелл.

Электрический заряд

Понятие электрического заряда занимает центральное место в классической теории электромагнетизма. Электрическим зарядом в физике называется величина, которая характеризует способность объектов входить в электрические взаимодействия. Следует подчеркнуть, что тела с одноимёнными зарядами всегда отталкиваются, а тела с разноимёнными – притягиваются друг к другу.

Электрический заряд

Фундаментальная характеристика заряда заключается в его двойственной природе: заряды бывают и положительными, и отрицательными. Так, все заряженные тела условно делятся физиками на два подтипа, при этом все тела одного из подтипа отталкивают друг друга, но притягивают тела из второго подтипа. Например, если частица А отталкивает частицу В, но частица А притягивает частицу С, то частица В тоже будет притягивать частицу С.

Физики до сих пор не выяснили, почему тела обладают этим глобальным, универсальным и, при ближайшем рассмотрении, элементарным свойством. Тем не менее, термины «отрицательный заряд» и «положительный заряд» являются противоположными проявлениями одного и того же качества.

Заряженная частица всегда рождается в паре с частицей противоположного заряда. Например, пара положительно и отрицательно заряженных электронов (позитрон и негатрон) появляется на свет посредством распадения фотона. При этом процессе изменения заряда не происходит, другими словами, изменение заряда равно нулю до и после «превращения» фотона.

Чтобы понять, в чём заключается сущность данной скалярной величины и из чего состоит электрическое вещество, следует изучить два фундаментальных свойства электрического заряда: квантование и сохранение заряда.

Принцип квантования заряда

Даже начинающий физик знает: в природе электрические заряды состоят из дискретных зарядов, имеющих постоянную величину, которая характеризуется как заряд электрона и обозначается символом е. Например, положительный заряд позитрона и отрицательный заряд негатрона равны по своей величине. Квантование заряда – это и есть природное уравнивание величин зарядов двух разноимённо заряженных частиц. Важное понятие в терминологии квантования – дискретность заряда. Согласно новейшим физическим теориям, заряд квантуется, то есть обладает свойством дискретности: один заряд состоит из минимальных порций зарядов, которые далее разделить невозможно.

Принцип сохранения заряда

Этот принцип следует из природы «рождения» двух миркотел, имеющих разноимённые заряды. Это фундаментальный эмпирический закон, не имеющий противоречий ни в одном из сделанных до сегодняшнего дня исследований. Дословно принцип сохранения гласит: в закрытой системе электрический заряд, носящий и другое название – алгебраическая сумма двух разноимённых зарядов, –остаётся постоянным.

Кулоновская сила

Концепция Кулона характеризует взаимодействие между двумя зарядами, пребывающими в состоянии покоя. Она гласит: два недвижимых заряда отталкивают либо притягивают один другого с силой, которая прямо пропорциональна произведению величин зарядов, но обратна длине расстояния между этими зарядами во второй степени. Вместе с этим, сила взаимодействия пары зарядов не может измениться при присутствии третьего.

С помощью кулоновского принципа естествоиспытатель может отыскать состояние равновесия в ситуации свободного перемещения зарядов под воздействием силы другого типа, при котором заряды будут распределяться с постоянным коэффициентом. Сила Кулона предопределена третьим законом Ньютона, который утверждает, что заряды воздействуют один на другого с силами, которые равны по модулям, но противоположны по направлениям.

Суперпозиция полей

Закон Кулона и все вытекающие из него утверждения являются лишь основой для другого, более масштабного принципа – закона суперпозиции. Исходя из этого фундаментального утверждения, силы, которые действуют на заряды, каждый из которых располагается в конкретной точке объединённой системы, являют собой сумму сил, имеющих строгое направление и формируемых отдельными группами зарядов по отдельности и влияющих на заряды в конкретных точках.

Принцип суперпозиции полей

В отличие от закона Кулона, принцип суперпозиции может быть недостаточным в рамках некоторых квантовых явлений в электрическом поле.

Теория близкодействия

Согласно теории близкодействия, электрические заряды передают свои взаимодействия с помощью особых вещественных частиц-посредников и производятся с конечной скоростью.

Основателями теории близкодействия в классической физике являются философ и физик Рене Декарт и естествоиспытатель Майкл Фарадей. В рамках данной концепции принято считать, что частицы, которые являются посредниками в процессе передачи взаимодействий, движутся со строго определённой скоростью, которая стремится к скорости света.

Переносчиками, или телами-посредниками, которые передают взаимодействие зарядов, являются кванты электрического поля, движущиеся со скоростью света.

Теория близкодействия

Электроемкость, конденсатор и напряженность электрического поля

Величина С, равная заряду q, который требуется сообщить проводнику с целью повышения его потенциала, называется электроёмкостью.

Электроёмкость описывает инертность заряжаемого вещества, которое может проводить электрический ток, или, другими словами, его сопротивляемость повышению потенциала.
Формула, которая характеризует принцип электроёмкости системы:

Размер и форма проводника формируют величину электроёмкости, как и свойства диэлектрика, который разделяет проводники. В физике имеет значение один тип систем, сосредоточивающий электрическое поле в определённой месте пространства. Он носит название «конденсатор», который, в свою очередь, состоит из проводников, именуемых обкладками.

Данный тип систем являет собой конфигурацию проводников, которую составляют две плоские проводящие пластины, расположенные параллельно друг другу на маленьком расстоянии и отграниченные слоем диэлектрика.

Напряжённость электрического поля

Напряжённость электрического поля – второй по значимости термин в теории об электричестве после электрического заряда. Если естествоиспытатель знает всё хотя бы об этих двух понятиях, он сможет проводить простейшие опыты с электричеством и подкреплять их знаниями из элементарного курса физики.

Напряжённость – это сила, воздействующая на отдельный статичный заряд. Исходя из общепринятых норм можно сказать, что напряжённость электрического поля обозначается символом Е. Стоит отметить, что напряжённость является векторной величиной, а электрический заряд – скалярной.

Статья — напряженность магнитного поля.

Напряжённость электрического поля

Потенциальная энергия электрического заряда и потенциальность полей

Заряды наполняют электрическое поле. Они двигаются по некоторым замкнутым траекториям. Величины работы их сил равняются нулю, и потому эти силы (или силовые поля) именуют потенциальными. Считается, что некоторые виды электрических полей, в частности, электростатическое поле, обладает свойством потенциальности изначально. Это доказанная теория, и она не требует новых исследований.

Потенциальная энергия

Благодаря свойству потенциальности физики могут судить о том, что потенциальная энергия присуща каждому электрическому заряду в конкретном поле. Наглядно проиллюстрировать этот принцип можно так: в пространстве имеется конкретная точка, в которую может быть перемещён конкретный заряд, величина потенциальной энергии которого будет равна нулю.

Силовые линии

Из закона потенциальности полей вытекает концепция его силовых линий. В действительности подобных объектов в вещественном виде не существует. Это графический инструмент, который позволяет изобразить электрическое поле для визуального схематического наблюдения и исследования. Через представление густоты и числа линий можно проиллюстрировать направление напряжённости поля, а также его величину.

Изображение силового поля

Электрический диполь

Данный термин обозначает элементарную совокупность точечных зарядов, которые имеют системные признаки. Диполем называется сумма зарядов, противозначных, но равных по величине, и сдвинутых один от другого на определённое расстояние.

Диполи бывают разные, но наибольшее внимание физическая наука уделяет точечным диполям. Так называются диполи, которые характеризуются пренебрежимо маленьким расстоянием от отрицательного заряда до положительного. Если в теории совокупность зарядов разделить на множество частей, её можно будет рассматривать как систему электрических диполей.

Электрический дипольный момент

Краткая история изучения электрического поля

Считается, что инженер и физик Шарль Кулон стал первым исследователем взаимодействия статичных зарядов. Именно он вывел принцип их взаимодействия. Фундаментом исследований Кулона стала теория гравитационного взаимодействия Исаака Ньютона.

Ганс Эрстед стал учёным, открывшим магнитные свойства электрического тока и поля, а благодаря Джеймсу Максвеллу мы знаем, что электрическое поле не может существовать без магнитного, которое и индуцирует его. Также Максвелл утвердил концепцию близкодействия электромагнитных взаимодействий.

Советую прочитайте про свойства магнитного поля.

Ганс Эрстед и Джеймс Максвелл

Тем не менее, электрическое поле стало объектом человеческих исследований задолго до последних веков. Ещё Фалес Милетский в 7 веке до нашей эры исследовал природу статического электричества.

В конце 19 века Джозефом Томсоном был открыт электрон – «живой» образец носителя электричества. Спустя годы Эрнст Резерфорд доказал место в структуре атомов, на котором располагаются электроны.

Воздействие электрического поля на жизнь и здоровье человека

Электрическое поле волны низкой частоты, которые образуют заряд на теле человека и остаются на довольно неглубоком расстоянии от его поверхности. Протекающие в человеческом теле токи могут изменить направление своего движения под воздействием полей с переменным электротоком. Именно по этой причине некоторые люди чувствуют «шевеление» волос, когда находятся на территории воздушных линий электропередач переменного тока.

Электрическое поле может нанести человеку непоправимый вред. Как правило, негативное воздействие электричества происходит, когда люди регулярно пользуются мобильными телефонами.

Ещё один пример возможного наблюдения электрического поля в повседневной жизни – его возникновение вблизи дисплеев телевизоров с кинескопом. Если поднести руку к экрану такого телеприёмника, волоски на ней словно «вздыбятся». Это явление происходит именно из-за воздействия электрического поля.

Еще рекомендую посмотреть лекцию профессора на тему «Электрическое поле»:

1. Что такое статические электрические и магнитные поля?

Главная » Статические поля » Уровень 2 » Вопрос 1

 

Уровень 2 Вопросы

Следующий вопрос

• Уровень 1: Сводка
• Уровень 2: Детали
• Уровень 3: Источник
•  

1. Что такое статические электрические и магнитные поля?

Электрические и магнитные поля — это невидимые силовые линии, создаваемые природными явлениями, такими как магнитное поле Земли или молния, а также деятельностью человека, в основном за счет использования электричества.

• Электрическое поле — это силовое поле, создаваемое притяжением и отталкиванием электрических зарядов (причина электрического потока), и измеряется в вольтах на метр (В/м).
• Магнитное поле — силовое поле, создаваемое магнитом или вследствие движения зарядов (потока электричества). Величина (напряженность) магнитного поля обычно измеряется в Теслах (Тл или мТл).

Термин статический относится к ситуации, когда поля не меняются со временем. Статические электрические и магнитные поля представляют собой два разных явления, оба характеризуются постоянным направлением, скоростью потока и силой (таким образом, частота равна 0 Гц).

• статическое электрическое поле (также называемое электростатическим полем) создается фиксированными в пространстве зарядами;
• Статическое магнитное поле создается магнитом или зарядами, которые движутся в виде постоянного потока (как в приборах, использующих постоянный ток).

Напротив, изменяющиеся во времени электромагнитные поля, которые меняют свое направление с постоянной частотой, создаются приборами, использующими переменный ток (AC), а также антеннами сотовых телефонов, микроволнами и т. д. В этом случае электрические и магнитные поля взаимосвязаны и оба связаны с определенной частотой.

И электрические, и магнитные поля ослабевают по мере удаления от источника. Подробнее…

(Дополнительную информацию о низкочастотных полях см. в нашем исследовании о линиях электропередач.)

 

Вопросы уровня 2

Следующий вопрос

• 1. Что такое статические электрические и магнитные поля?
• 2. Каковы источники статических электрических полей?
• 3. Каковы источники статических магнитных полей?
• 4. Как статические магнитные поля могут взаимодействовать с телом?
• 5. Как статические поля могут воздействовать на клетки или животных?
• 6. Как статические поля могут воздействовать на человека?
• 7. Какие риски для здоровья связаны со статическими полями?
• 8. Должны ли быть защищены население и работники от воздействия статических полей?
• 9. Какие необходимы дальнейшие исследования возможного воздействия статических полей на здоровье?
• 10. Заключение (только на уровне 1)

ГлоссарийСсылкиО

Темы

Публикации от A до 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

электромагнетизм — Отличаются ли электрические поля, создаваемые статическими электрическими зарядами, от полей, создаваемых изменяющимися во времени магнитными полями?

спросил 6 лет, 6 месяцев назад

Изменено 6 лет, 6 месяцев назад

Просмотрено 1к раз

$\begingroup$

В своем учебнике физики я наткнулся на интересное, но сбивающее с толку утверждение:

.

Однако спешим добавить, что электрические поля, создаваемые статическими электрическими зарядами, обладают свойствами, отличными от свойств, создаваемых переменными во времени магнитными полями.

Проще говоря, мои вопросы: Что это за свойства? И почему они отличаются?

• электромагнетизм
• магнитные поля
• электрические поля

$\endgroup$

$\begingroup$

Разница только в структуре полей:

Вы можете прочитать это прямо из законов Гаусса и Фарадея в их дифференциальной форме: \начать{выравнивать*} \mathbf{\nabla \cdot E} &= \frac{\rho}{\epsilon_0} \\ \\ \mathbf{\nabla \times E} &= — \frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t} \;. \конец{выравнивание*} Операторы на LHS называются «дивергенция» и «завиток» (читай сверху вниз).

---

Спешу добавить, что это совершенно одно и то же, поэтому я написал «вклады от», а не «поля, созданные кем», как будто поля могут быть разных видов.