Charakteristika elektrického pole a jeho základní vlastnosti

Elektrické pole je věc, která zajišťuje vzájemné působení elektrických nábojů. Může být generován buď elektrickým nábojem nebo měnícím se magnetickým tokem. V prvním případě se nazývá elektrostatický, ve druhém - vír. Bez tohoto pole nemůže vzniknout žádný elektrický proud, ale aby se vědělo, jak to vzniká, je nutné se seznámit se základními vlastnostmi elektrického pole.

Povaha tohoto jevu

Elektrické pole nelze vidět na očích: může být zjištěno působením na nabité těleso. Současně takový dopad nevyžaduje přímý kontakt nosičů potenciálu, ale má silovou povahu. Takže elektrifikované vlasy přejdou na další předměty.

Pozorování elektrických polí ukazuje, že pracují podobně jako gravitační. To je popsáno zákonem Coulomb, který obecně vypadá takto:

F = q1 q2 / 4 π ε εo r ²,

kde q₁ a q₂ - množství náboje v coulombů, ε - dielektrická konstanta média, ε₀ - elektrický konstantou rovnou 8,854 * 10⁻¹² F / m, r - vzdálenost mezi poplatků v metrech a F - síla, se kterou se poplatky interagují, v newtonů.

Takže čím dál od centra, tím menší bude vliv pole.

Zobrazte pole graficky ve tvaru sil. Jejich uspořádání bude záviset na geometrických charakteristikách nosiče. Existují dva typy polí:

1. Homogenní, když silové linie jsou navzájem paralelní. Ideálním případem jsou nekonečné paralelně nabité desky.
2. Nehomogenní, zvláštní případ, který - pole kolem bodu nebo kulového náboje jeho siločáry se rozbíhají radiálně od centra, v případě, že je pozitivní, a do centra, pokud je negativní.

Silové čáry elektrického pole vyvolané elektrickým nábojem nejsou uzavřené. Jsou uzavřeny pouze ve vortexovém poli, které se tvoří kolem měnícího se magnetického toku.

To jsou základní vlastnosti elektrického pole. Abychom se seznámili s jeho charakteristikami, stojí za to zvážit nejjednodušší verzi - elektrostatickou, která je tvořena konstantními a stacionárními náboji. Pro pohodlí budou bodové, takže jejich obrysy nezkomplikují výpočty. Testovací poplatek, který se objeví i v budoucnu, bude také bodový a nekonečně malý.

Hlavní vlastnosti

Mohou být popsány pomocí matematických vzorců a některé mohou být vyjádřeny graficky. Poslední charakteristiky jsou vektor, tj. Mají směr. To je důležité, protože při řešení praktických problémů je často nutné pracovat ne s modulem velikosti, ale s vektorovou projekcí na libovolné vybrané ose.

Hlavní parametry pole jsou:

1. napětí;
2. potenciál;
3. indukce.

Síla pole

Toto je výkonová charakteristika elektrického pole. Velikost je vektor a charakterizuje sílu, s níž pole působí na náboj v určitém bodě. Matematicky je toto vyjádřeno takto:

Ē = F π / q.

Pokud zde nahrazujeme vzorec Coulombova zákona, dostaneme:

Ē = qo / 4 π ε εo r ².

Takže v každém bodě pole je jeho intenzita odlišná a záleží na náboji, který vytváří, na okolních podmínkách a na velikosti, která je nepřímo úměrná čtverci vzdálenosti k bodu.

Pokud je pole vytvořeno dvěma náboji, výsledné napětí se vypočítá graficky - přidáním vektorů napětí ze všech jednotlivých zdrojů. Tato metoda se nazývala princip superpozice.

Potenciály a jejich rozdíl

Elektrické pole je schopné pracovat. Pokud se zkušební poplatek přesune do pole, pak práce provedené e- pole, závisí na počáteční a konečné vzdálenosti od zkušebního náboje do středu e. pole. Srovnejte to s mužem, který se chystal vyskočit ze střechy. Zatímco je ve výšce desátého patra, jeho potenciální energie bude:

W = -GMm / Rr.

Nebo pokud vezmeme v úvahu proporcionalitu země a člověka:

W = mgh.

Dokud osoba neskočí, má potenciální energii. Když nakonec padne, gravitační pole provede práci, číselně se rovná výše uvedené hodnotě. Toto nezohledňuje horizontální pohyb - tato práce byla provedena samotným zesnulým.

Elektrické pole pracuje podobným způsobem. Testovací náboj q1, umístěný v něm, má potenciální energii:

W = q1 qo / 4 π ε εo r.

Když se přesunete na jiný bod, když je vzdálenost r odlišná, pole provede úlohu rovnou:

A = W1 - W2 = q1 qo / 4 π ε εo r1 - q1 qo / 4 π e εo r2.

Pokud vyberete parametr z obou položek, který se přímo vztahuje k danému poli, spíše než ke zkušebnímu poplatku, bude vypadat takto:

φ1 = qo / 4 π e εo r1- φ2 = qo / 4 πeεo r2.

A to je φ a v daném okamžiku se nazývá terénní potenciál. Na základě všech výše uvedených vzorců můžeme tuto hodnotu vyjádřit takto:

φ1 = W1 / q1- φ2 = W2 / q1.

Práce provedená v této oblasti bude tedy vyjádřena takto:

A = W1 - W2 = φ1 q1 - φ2 q1 = q1 (φ1 - φ2).

Výraz v závorkách se nazývá potenciální rozdíl nebo napětí. Zobrazuje, jaký druh práce provede pole na pohybující se zkušební poplatek.

A / q = (φ1 - φ2).

Jednotka této velikosti, J / Cl, se volala Volta, na počest vědce Alessandro Volty. Z této jednotky se měří rozměry ostatních veličin v elektrostatice a elektrodynamice. Například intenzita pole se měří v V / m.

Elektrická indukce

To kvantifikuje elektrické pole se nazývá, v čisté formě. Ve skutečnosti se jedná o pole v různých prostředích, které mají jistou dielektrickou konstantou. Navzdory tomu, že u většiny látek je hodnota tabelární, v některých případech to není konstantní, a její závislost na parametrech (teplota, vlhkost, a tak dále. D.) je nelineární.

Tento jev je typický pro sůl Rochelle, titaničitan barnatý, niobát lithný a řadu dalších.

Elektrická indukce je měřena v Kl / m2 a její hodnota je vyjádřena vztahem:

D = ε εo E.

Toto je také vektorové množství, jehož směr se shoduje se směrem napětí.

Statické a vírové pole

Jak bylo zmíněno na začátku článku, elektrické pole může vzniknout kolem střídavého magnetického pole. Dokonce vytváří proud, který lze dosáhnout dvěma způsoby:

• změna intenzity magnetického pole procházející obrysem vodiče v něm;
• změňte polohu samotného vodiče.

V tomto případě nemusí být vodič vůbec zavřený - proud v něm bude stále proudit.

Pro ilustraci rozdílů mezi statickými a vířivými polimi lze vytvořit tabulku.

Nedá se říci, že první a druhé pole nemají nic společného. Není to tak. Ve skutečnosti funguje taková pravidelnost: stacionární náboj vytváří elektrostatické pole, které pohybuje nábojem ve vodiči - pohyblivý náboj generuje konstantní magnetické pole. Pokud se náboj pohybuje s proměnnou rychlostí a směrem, pak se magnetické pole mění a vytvoří sekundární elektrický. Elektrické pole a jeho charakteristiky tak ovlivňují výskyt magnetického pole a jeho parametrů.