Свойства и характеристики электрического поля. Электрическое поле: характеристики, свойства и основные понятия

Что такое электрическое поле. Какие основные характеристики электрического поля существуют. Как описать свойства силовых линий электрического поля. Почему линии электрического поля не пересекаются. Какие виды электрических полей бывают.

Что такое электрическое поле и как оно образуется

Электрическое поле — это особый вид материи, существующий вокруг электрических зарядов и создающий силовое воздействие на другие заряженные тела. Оно образуется вокруг любого электрического заряда или заряженного тела.

Основные положения об электрическом поле:

• Образуется вокруг неподвижных и движущихся электрических зарядов
• Является одним из проявлений электромагнитного поля
• Обнаруживается по силовому действию на электрические заряды
• Характеризуется напряженностью и потенциалом в каждой точке пространства
• Описывается с помощью силовых линий

Основные характеристики электрического поля

Электрическое поле количественно характеризуется двумя основными физическими величинами:

1. Напряженность электрического поля

Напряженность электрического поля — это векторная физическая величина, характеризующая силовое действие электрического поля на заряженные тела. Она численно равна силе, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в данную точку поля:

E = F / q

где E — напряженность поля, F — сила, действующая на заряд q.

Единица измерения напряженности в СИ — Н/Кл или В/м.

2. Потенциал электрического поля

Потенциал электрического поля — это скалярная энергетическая характеристика электрического поля. Он численно равен работе, которую совершают силы поля при перемещении единичного положительного заряда из данной точки поля в бесконечность:

φ = A / q

где φ — потенциал, A — работа сил поля, q — величина пробного заряда.

Единица измерения потенциала — Вольт (В).

Силовые линии электрического поля и их свойства

Для наглядного изображения электрического поля используют силовые линии. Это воображаемые линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности поля.

Основные свойства силовых линий электрического поля:

1. Линии начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных
2. Линии не пересекаются
3. Густота линий пропорциональна напряженности поля в данной области
4. В однородном поле линии параллельны и расположены на одинаковом расстоянии друг от друга
5. Линии перпендикулярны поверхности проводника

Почему силовые линии электрического поля не пересекаются

Силовые линии электрического поля никогда не пересекаются. Это важное свойство обусловлено следующими причинами:

• Вектор напряженности электрического поля в каждой точке может иметь только одно направление
• Если бы линии пересекались, это означало бы наличие двух разных направлений напряженности в точке пересечения
• Такая ситуация физически невозможна, так как электрическое поле однозначно определено в любой точке пространства

Таким образом, непересечение силовых линий отражает однозначность и непрерывность электрического поля в пространстве.

Виды электрических полей

Различают следующие основные виды электрических полей:

1. Электростатическое поле

Создается неподвижными электрическими зарядами. Его основные свойства:

• Потенциальный характер (работа сил поля по замкнутому контуру равна нулю)
• Силовые линии начинаются и заканчиваются на зарядах или уходят в бесконечность
• Напряженность поля внутри проводника равна нулю

2. Стационарное электрическое поле

Создается постоянным электрическим током. Его особенности:

• Силовые линии замкнуты
• Поле существует как внутри, так и вне проводника с током
• Работа сил поля по замкнутому контуру отлична от нуля

3. Вихревое электрическое поле

Возникает при изменении магнитного поля во времени. Характеризуется тем, что:

• Силовые линии замкнуты
• Работа сил поля по замкнутому контуру отлична от нуля
• Порождает магнитное поле

Применение знаний об электрическом поле

Понимание свойств и характеристик электрического поля имеет огромное значение для науки и техники:

• Разработка электрических машин и приборов
• Создание систем электростатической очистки воздуха
• Проектирование средств молниезащиты
• Развитие технологий электростатической печати
• Совершенствование медицинской диагностической аппаратуры

Глубокие знания об электрическом поле позволяют создавать инновационные технологии и улучшать существующие устройства в различных областях.

Методы экспериментального изучения электрических полей

Для исследования свойств и характеристик электрических полей используются различные экспериментальные методы:

Метод пробных зарядов

Основан на измерении силы, действующей на небольшой заряженный шарик, помещенный в исследуемую точку поля. По измеренной силе рассчитывается напряженность поля.

Электролитическая ванна

Позволяет визуализировать силовые линии электрического поля с помощью мелких диэлектрических частиц, взвешенных в электролите. Частицы выстраиваются вдоль силовых линий.

Метод эквипотенциальных поверхностей

Заключается в определении точек с одинаковым потенциалом с помощью чувствительного вольтметра. Соединяя эти точки, получают карту эквипотенциальных линий поля.

Взаимодействие электрических полей

При наличии нескольких источников электрического поля происходит их взаимодействие по принципу суперпозиции:

• Напряженность результирующего поля равна векторной сумме напряженностей полей отдельных зарядов
• Потенциал результирующего поля равен алгебраической сумме потенциалов полей отдельных зарядов

Это позволяет рассчитывать характеристики сложных электрических полей, создаваемых системами зарядов.

Влияние среды на электрическое поле

Свойства среды, в которой существует электрическое поле, могут существенно влиять на его характеристики:

• В диэлектриках происходит ослабление внешнего электрического поля за счет поляризации молекул
• В проводниках внешнее поле вызывает перераспределение свободных зарядов, которое приводит к компенсации поля внутри проводника
• В сегнетоэлектриках наблюдается явление спонтанной поляризации, приводящее к усилению внешнего поля

Учет влияния среды необходим для корректного описания электрических полей в реальных условиях.

Основные характеристики:

Напряжённость электрического поля — векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы  действующей на пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда 

q:

.

Также иногда называется силовой характеристикой электрического поля.

Модуль напряжённости электрического поля в СИ измеряется в В/м (Вольт на метр).

Электростатический потенциал — скалярная энергетическая характеристика электростатического поля, характеризующая потенциальную энергию поля, которой обладает единичный заряд, помещённый в данную точку поля.

Электростатический потенциал равен отношению потенциальной энергии взаимодействия заряда с полем к величине этого заряда:

Силовые линии электростатического поля

Свойства:

1. Всегда незамкнуты: начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах

2. Не пересекаются

3. Густота линий тем больше, чем больше напряженность, то есть напряженность поля прямо пропорциональна количеству силовых линий, проходящих через единицу площади поверхности

19. Закон Кулона.

    

На основании многочисленных опытов Кулон установил следующий закон:

Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:

Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона: Они являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках. Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Раздел электродинамики, изучающий кулоновское взаимодействие, называют электростатикой.

Закон Кулона справедлив для точечных заряженных тел. Практически закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними.

Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона зависит от выбора системы единиц. В Международной системе СИ за единицу заряда принят кулон (Кл).

Кулон – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А. Единица силы тока (ампер) в СИ является наряду с единицами длины, времени и массы основной единицей измерения.

Коэффициент k в системе СИ обычно записывают в виде: 

где  – электрическая постоянная.

19. Электростатическое поле в диэлектрической среде.

Рассмотрим плоский однородный диэлектрический слой, расположенный между двумя разноименно заряженными плоскостями (рис. 2.5). Пусть напряженность электрического поля, которое создается этими плоскостями в вакууме, равна ,

где  — поверхностная плотность зарядов на пластинах (эти заряды называют свободными). Под действием поля диэлектрик поляризуется, и на его гранях появляются поляризационные или связанные заряды. Эти заряды создают в диэлектрике электрическое поле , которое направлено против внешнего поля .

,

где  — поверхностная плотность связанных зарядов. Результирующее поле внутри диэлектрика

.

Поверхностная плотность связанных зарядов  меньше плотности  свободных зарядов, и не все поле E₀ компенсируется полем диэлектрика: часть линий напряженности проходит сквозь диэлектрик, другая часть обрывается на связанных зарядах (рис. 2.5). Вне диэлектрика . Следовательно, в результате поляризации поле внутри диэлектрика оказывается слабее, чем внешнее . Таким образом,

,

где  — диэлектрическая проницаемость среды, — химический эквивалент. Из формулы видно, что диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз напряженность поля в вакууме больше напряженности поля в диэлектрике. Для вакуума , для диэлектриков .

Основные характеристики и свойства электрического поля

Урок №1

Тема: Основные характеристики и свойства электрического поля

Тип занятия: комбинированный

Вид занятия: лекция

Цели урока:образовательная – сформировать новые понятия об электрическом поле, изучить процессы и явления, происходящие в электрическом поля, а также основные характеристики и свойства электрического поля , проверить и оценить полученные знания

развивающая — развивать интерес к изучаемым вопросам, познавательные способности — внимание, мышление

воспитательная — воспитать чувство ответственности, самостоятельности и умения слушать других

.

Межпредметные связи: физика, химия

Структура и содержание урока

Элементы урока	Способы, приемы и действия		Методы
	Преподавателя	студентов
Организационный момент Задача -создать рабочую обстановку; -мобилизовать внимание студентов	.-отмечает отсутствующих; -проверяет готовность студентов и аудитории	-готовятся к уроку; –повторяют домашнее задание	репродуктивный
2 Актуализация опорных знаний и умений (опрос) Задача -повторить изученный материал; -закрепить знания	-проверяет домашнее задание; -предлагает вспомнить , что такое электрическое поле и как оно образуется	— вспоминают все, что им известно об электрическом поле из курса физики	-словесно-репродуктивный -побуждающе поисковый
3 Формирование новых понятий, знаний, умений, развитие мышления Задача -сформировать новые знания — выявить связь с уже имеющимися знаниями по дисциплине	-подчеркивает практическую значимость новых знаний; -плакат с графическим изображением электрического поля -называет тему и вопросы Тема: «Основные характеристики и свойства электрического поля» План: 1 Электрический заряд 2 Напряженность электрического поля 3 Напряженность поля точечных зарядов 1)объясняет первый вопрос с записью основных понятий — предлагает вспомнить как, образуется электрическое поле- дает понятие электрического заряда 2)раскрывает сущность каждой теории с краткой записью 3)плакат( с графическим изображением электрического поля). Предлагается его проанализировать и зарисовать 4)объясняет сущность вопроса: дает под запись основные понятия и определения	-понимают практическую значимость новых знаний; -записывают новую тему и план 1)студенты слушают: — вспоминают ранее полученные знания 2)записывают основные теории 3)рассматривают плакат — зарисовывают Слушают, задают вопросы	-объяснительно репродуктивный демонстрационные Частично-поисковый самостоятельная работа наглядный активный
4 Закрепление знаний, умений и навыков -осмыслить, систематизировать приобретенные знания	-опрашивает по новой теме; -предлагает практическую ситуацию	-воспроизводят знания; -делают выводы и сообщают результаты	репродуктивный -частично-поисковый

5 Домашнее задание

-подводит итоги занятия -определяет объем домашнего задания -инструктирует о способах и методах выполнения домашнего задания -отвечает на вопросы

-осмысливают итоги занятия; записывают домашнее задания -вникают в правила подготовки домашнего задания -задают вопросы по непонятным моментам занятия

репродуктивный самостоятельная работа -подготовка доклада на тему «Виды электрических зарядов»

Вопросы и задания:

— при опросе:

Из чего состоит любое вещество?

Что входит в состав атомов?

Что сосредоточено в ядре атома?

Как вращаются электроны?

Какое вещество считается электрически нейтрален?

Если атом приобретает один или несколько электронов, то…. .?

— при объяснении:

Как обозначается электрический заряд?

Что является единицей измерения электрического заряда?

Что создают электрический заряд или заряженное тело?

Как называется поле, образованное вокруг неподвижного заряда?

Что значит — вещество положительно заряженным?

— при закреплении:

Как можно обнаружить электрическое поле?

Что называют пробным зарядом?

Что такое напряженность электрического поля?

Как изображают электрическое поле?

Как направлены линии электрического поля?

Что считается точечным зарядом?

Отчего зависти сила взаимодействия двух точечных зарядов?

Что такое диэлектрическая проницаемость среды?

Что такое поток вектора напряженности?

Что такое потенциал электрического поля?

Какой характеристикой является напряжение электрического поля?

-задания для обсуждения:

На какое расстояние распространяется действие электрического поля?

Влияет ли на здоровье электрическое поле?

Вокруг любого вещества образуется электрическое поле?

— объяснить понятия:

— пробный заряд

— точечный заряд

-электростатическое поле

Средства обучения:

-план урока

-плакат с графическим изображением электрического поля

Краткий конспект урока (тезисы)

Каждый химический элемент (вещество) состоит из материальных частиц- атомов. В состав атомов любого вещества входят элементарные частицы, часть которых обладает электрическим зарядом. Атом представляет собой систему, состоящую из ядра, вокруг которого вращаются электроны. Электроны вращаются вокруг ядра по строго определенным орбитам.Вещество (твердое тело, жидкость, газ) считается электрически нейтральным, если количество положительных и отрицательных зарядов в нем одинаково. Если же в нем преобладают положительные или отрицательные заряды, то оно считается положительно или отрицательно заряженным.

Электрический заряд или заряженное тело создают электрическое поле.

Электрическое поле – это пространство вокруг заряженного тела или заряда, в котором обнаруживается действие сил на пробный заряд, помещенный в это пространство.

Электрическое поле, создаваемое неподвижными зарядами, называется электростатическим. Обнаружить электрическое поле можно пробным зарядом, если поместить его в это поле.

Пробнымназывается положительный заряд, внесение которого в исследуемое поле не приводит к его изменению. Пробный заряд не влияет ни на силу, ни на энергию, ни на конфигурацию поля. Величина , характеризующая интенсивность поля в каждой точке называется напряженность. Эта величина векторная. Направление вектора напряженности в любой точке поля совпадает с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд, помещенный в эту точку поля.

Для наглядности электрическое поле изображают электрическими линиями, которые иногда называют линиями напряженности электрического поля, или силовыми линиями. Электрические линии направлены от положительного заряда к отрицательному заряду. Электрическое поле называется однородным, если напряженность его в каждой точках поля одинакова по величине и направлению. Однородное электрическое поле существует между пластинами плоского конденсатора.

Точечным, считается заряд, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстоянием, на котором рассматривается его действие. Диэлектрическая проницаемость характеризует электрические свойства среды, т. е. интенсивность поляризации. Для энергетической характеристики каждой точки электрического поля вводится понятие «потенциал».Потенциал в каждой точке электрического поля характеризуется энергией, которая затрачивается полем на перемещение единицы положительного заряда из данной точки за пределы поля, если поле создано положительным зарядом, или из-за пределов поля в данную точку, если поле создано отрицательным зарядом. Потенциал — величина скалярная. Напряжение между двумя точками электрического поля характеризуется энергией, затраченной на перемещение единицы положительного заряда между этими точками. Измеряется напряжение в ВОЛЬТАХ.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/92607-osnovnye-harakteristiki-i-svojstva-jelektrich

Характеристики и свойства линий электрического поля

для JEE

Понятие электрического поля впервые было предложено Майклом Фарадеем в начале 19 века. Линия электрического поля — это гипотетическая концепция, используемая для лучшего понимания направления электрических полей. Его нельзя увидеть, и это чисто воображаемое понятие. Электрическое поле отображает интенсивность электрического тока в соответствующей области. Электрическое поле изображалось линией электрического поля на диаграмме. Линии электрического поля показывают направление тока, протекающего между различными полярностями системы.

Интенсивность электрического тока представлена ​​длиной линий электрического поля в представлении силовых линий электрического поля. Линии электрического поля оказались более простой альтернативой для демонстрации электрического тока. В данной статье предпринята попытка дать краткую информацию о силовых линиях электрического поля, свойствах силовых линий электрического поля, направлении электрического поля и характеристиках силовых линий электрического поля. Эта статья была написана, чтобы дать лучшее понимание данной темы.

Что такое линии электрического поля?

Линии электрического поля — это воображаемые линии, которые используются для описания электрического поля системы с помощью линии электрического поля. Эти направления силовых линий электрического поля показывают поток электрического заряда от положительного заряда к отрицательному. Те линии электрического поля, которые имеют одинаковую напряженность электрического поля, известны как эквипотенциальные линии. Линии электрического поля, которые исходят от положительного заряда, называются положительными линиями, а те же самые линии для отрицательного заряда известны как отрицательные линии.

Несколько изображений изображают силовые линии электрического поля точечных зарядов и двух зарядов разной и одинаковой полярности.

Изображение: Линии электрического поля положительного и отрицательного заряда

Изображение: Линии электрического поля разной полярности и одинаковой полярности заряда

Характеристики линий электрического поля

Линии электрического поля имеют различные характерные особенности, которые объяснить электрическое поле вокруг системы. Некоторые из характерных особенностей приведены ниже:

• Линии электрического поля точечных зарядов всегда начинаются с положительного заряда и заканчиваются на отрицательном заряде. Проще говоря, силовые линии электрического поля всегда удаляются от положительного заряда и движутся к отрицательному заряду. Это указывает на то, что прямой поток заряда в системе электрического поля идет от положительного заряда к отрицательному заряду.

• В одном электрическом поле существует только одно направление течения силовых линий электрического поля. В противном случае, если есть два направления силовых линий электрического поля, они, вероятно, пересекутся друг с другом. Такой тип воздействия силовыми линиями электрического поля невозможен.

• Линия электрического поля будет установлена ​​в той системе, где полярность заряда отличается. Когда полярность различна, направление линии электрического поля будет перемещаться от положительного заряда к отрицательному, и между этими двумя зарядами будет установлена ​​линия силы притяжения. Между этими двумя зарядами есть линии притяжения, показанные линиями электрического поля.

• Если полярность зарядов одинакова, направление линии электрического поля будет таким, как если бы заряды отталкивались друг от друга, и между этими двумя зарядами возникнет силовая линия отталкивания.

Свойства линий электрического поля

В зависимости от характерных особенностей линий электрического поля существуют различные свойства линий электрического поля, перечисленные ниже:

• Линии электрического поля не пересекаются друг с другом любой ценой . Если они это сделают, это нарушит правила линий электрического поля.

• Напряженность электрического поля максимальна там, где длина линий электрического поля максимальна и ближе друг к другу.

• Электрическое поле всегда движется перпендикулярно заряду.

• Величина заряда в системе электрического поля прямо пропорциональна количеству линий электрического поля.

• Линия электрического поля всегда начинается с положительного заряда и заканчивается на отрицательном заряде.

• Если есть один точечный заряд, то линия электрического поля будет начинаться или заканчиваться на бесконечности.

• В случае однородного электрического поля линии электрического поля равноудалены и параллельны по своей природе.

Заключение 

Эта статья завершается краткими сведениями о концепции силовых линий электрического поля, а также их характеристиках и свойствах. Статья начинается с выяснения первого вопроса, а именно, что такое силовые линии электрического поля. В этой статье объясняется действие силовых линий электрического поля точечного заряда и двух зарядов разной полярности, а также направление электрического поля. Также обсуждается понятие положительных линий и отрицательных линий в понятии силовых линий электрического поля. Кроме того, он также охватывает линии электрического поля с точки зрения диаграммы для большей ясности этой концепции.

Свойства линий электрического поля

Линия поля — это геометрическое место, которое эксперты определяют по векторному полю и начальному местоположению. Электрические поля связаны с линиями электрического поля. У этих линий много свойств. Наиболее важным свойством является то, что линии поля никогда не пересекаются друг с другом.

Открытие линии электрического поля приписывается Майклу Фарадею. Поскольку силовые линии перпендикулярны поверхности заряда, это помогло ему визуализировать электрическое поле, используя интуицию, а не полагаясь на математический анализ. Продолжайте читать об этих линиях, чтобы понять, почему линии поля никогда не пересекаются друг с другом.

Электрическое поле или электростатическое поле относится к области вокруг электрического заряда, в которой происходит действие электрической силы. Эксперты также называют эту электрическую силу стрессом. Если величина заряда велика, вокруг области может возникнуть огромное напряжение.

Это поле представлено символом E, а его единицей СИ является ньютон на кулон. Это равно вольтам на метр.

Электрическое поле может быть представлено воображаемыми силовыми линиями. Эти воображаемые линии известны как линии электрического поля. Когда заряд положительный, силовые линии электрического поля выходят из заряда. Напротив, когда заряд отрицательный, линии электрического поля движутся к заряду. Более того, силовые линии никогда не пересекаются друг с другом. Кроме того, величина заряда и количество силовых линий пропорциональны друг другу.

Почему силовые линии никогда не пересекаются?

Важно отметить, что касательная в любой точке силовой линии показывает направление электрического поля в этой точке. Теперь, если имеет место пересечение двух силовых линий, то будет две касательные. Эти касательные находятся в точке пересечения из-за этих двух линий.

Следовательно, в такой ситуации можно наблюдать два направления электрического поля в одной точке. Однако электрическое поле не может иметь двух направлений в конкретной точке. Поэтому силовые линии никогда не пересекаются друг с другом.

Типы электрического поля

Электрические поля можно разделить на два типа: 

Однородное электрическое поле:

Однородное электрическое поле постоянно в каждой точке. Специалисты получают такое поле, располагая два проводника параллельно друг другу. Они также гарантируют, что разность потенциалов между ними в каждой точке окажется одинаковой.

Неоднородное электрическое поле:

Неоднородное электрическое поле — это поле, которое неравномерно в каждой точке. Это поле характеризуется различной величиной и направлением.

Свойства линий электрического поля

Вот различные свойства линий электрического поля:

• Они начинаются с положительного заряда.
• Эти линии заканчиваются на отрицательном заряде.
• Движение силовых линий электрического поля направлено в сторону от положительного электрического заряда.
• Движение силовых линий электрического поля направлено к отрицательному электрическому заряду.
• Касательная может быть проведена в любой точке линии электрического поля, тем самым определяя направление поля в этой точке.
• Электрическое поле никогда не может иметь двух направлений в одной точке. Следовательно, силовые линии никогда не пересекаются друг с другом.
• Величина заряда и количество силовых линий пропорциональны друг другу.
• Линии электрического поля входят или выходят из заряженной поверхности обычным образом.
• Линии поля равномерно расположены, параллельны и прямые в однородном электрическом поле.
• Линии поля перпендикулярны поверхности заряда.

• Линии электрического поля не могут проходить через проводник. Таким образом, внутри проводника электрическое поле всегда равно нулю.
• На линии электрического поля может влиять сила притяжения между двумя противоположно заряженными объектами. Из-за этого они имеют тенденцию сокращаться в длину.
• Линии электрического поля представляют собой непрерывные кривые в области, свободной от заряда.
• Расширение электрических силовых линий имеет тенденцию происходить в боковом направлении. Это означает, что эти линии имеют тенденцию отделяться друг от друга в направлении, перпендикулярном их длине. Причиной этого является наличие силы отталкивания между зарядами.