Charakteristika elektrického poľa a jeho základné vlastnosti

Elektrické pole je hmotou, ktorá zaisťuje interakciu elektrických nábojov v ňom. Môže sa generovať buď elektrickým nábojom alebo meniacim sa magnetickým tokom. V prvom prípade sa nazýva elektrostaticky, v druhej - vortex. Bez tejto oblasti nemôže dôjsť k vzniku elektrického prúdu, ale aby sme vedeli ako vzniká, je potrebné sa oboznámiť so základnými vlastnosťami elektrického poľa.

Povaha tohto javu

Elektrické pole sa nedá vidieť s očami: môže sa zistiť jeho pôsobením na nabité telesá. Zároveň takýto vplyv nevyžaduje priamy kontakt nosičov potenciálu, ale má silovú povahu. Takže elektrifikované vlasy pretiahnu iné objekty.

Pozorovanie elektrických polí ukazuje, že pracujú podobne ako gravitačné. Je opísaný zákonom Coulomb, ktorý vo všeobecnosti vyzerá takto:

F = q1 q2 / 4 πe εo r ²,

kde q₁ a q₂ - množstvo náboja v coulomboch, ε - dielektrická konštanta média, ε₀ - elektrický konštantou rovnou 8,854 * 10⁻¹² F / m, r - vzdialenosť medzi poplatkov v metroch a F - sila, s ktorou sa poplatky interagujú, v newtonov.

Takže čím ďalej od centra, tým menej bude dopad poľa.

Zobrazte pole graficky vo forme silových čiar. Ich usporiadanie bude závisieť od geometrických vlastností nosiča. Existujú dva typy polí:

1. Homogénne, keď sú sily súbežne navzájom paralelné. Ideálny prípad je nekonečné paralelne nabité dosky.
2. Nehomogénne, zvláštny prípad, ktorý - pole okolo bodu alebo guľového náboja jeho siločiary sa rozbiehajú radiálne od centra, v prípade, že je pozitívny, a do centra, ak je negatívny.

Sily elektrického poľa vyvolané elektrickým nábojom nie sú zatvorené. Sú uzavreté len vo vírivom poli, ktoré sa tvorí okolo meniaceho sa magnetického toku.

Toto sú základné vlastnosti elektrického poľa. Aby sme sa oboznámili s jeho charakteristikami, stojí za to zvážiť najjednoduchšiu verziu - elektrostatickú, ktorá je tvorená konštantnými a stacionárnymi nábojmi. Pre pohodlie budú bodové, takže ich obrysy nebudú komplikovať výpočty. Testovací poplatok, ktorý sa objaví aj v budúcnosti, bude tiež bodový a nekonečne malý.

Hlavné funkcie

Môžu byť opísané pomocou matematických vzorov a niektoré môžu byť vyjadrené graficky. Posledné charakteristiky sú vektorom, teda smerom. To je dôležité, pretože pri riešení praktických problémov je často potrebné pracovať nie s modulom veľkosti, ale s vektorovou projekciou na akejkoľvek zvolenej osi.

Hlavné parametre poľa sú:

1. napätie;
2. potenciál;
3. indukcie.

Sila poľa

Toto je výkonová charakteristika elektrického poľa. Veľkosť je vektor a charakterizuje silu, s ktorou pole pôsobí na náboj v určitom bode. Matematicky sa to vyjadruje takto:

Ē = Fτ / q.

Ak tu nahradíme vzorec Coulombovho zákona, dostaneme:

Ē = qo / 4 π ε εo r ².

Takže v každom bode poľa je jeho intenzita iná a závisí od náboja, ktorý vytvára, z environmentálnych podmienok a veľkosti nepriamo úmernej štvorcu vzdialenosti od bodu.

Ak je pole vytvorené dvoma nábojmi, výsledné napätie sa vypočíta graficky - pridaním stresových vektorov z každého samostatného zdroja. Táto metóda sa nazývala princíp superpozície.

Potenciály a ich rozdiel

Elektrické pole je schopné pracovať. Ak sa skúšobný poplatok presunie do poľa, potom práca vykonaná e- pole bude závisieť od počiatočnej a konečnej vzdialenosti od testovacieho náboja do stredu e. terénu. Porovnajte to s mužom, ktorý sa chystal vyskočiť zo strechy. Kým je na vrchole desiateho poschodia, jeho potenciálna energia bude:

W = -GMm / Rr.

Alebo ak vezmeme do úvahy proporcionalitu zeme a človeka:

W = mgh.

Kým osoba neskočí, má potenciálnu energiu. Keď nakoniec padne, gravitačné pole vykoná prácu, číselne sa rovná vyššie uvedenej hodnote. Neberie to do úvahy horizontálny pohyb - práca bola vykonaná samotným zosnulým.

Elektrické pole funguje podobným spôsobom. Testovací náboj q1, umiestnený v ňom, má potenciálnu energiu:

W = q1 qo / 4 π ε εo r.

Pri presúvaní do iného bodu, keď je vzdialenosť r iná, bude toto pole vykonávať úlohu rovnú:

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

Ak vyberiete parameter z obidvoch položiek, ktoré sa priamo týkajú poľa, a nie od skúšobného poplatku, bude to vyzerať takto:

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

A toto je φ a v danom bode sa nazýva potenciál poľa. Na základe všetkých vyššie uvedených vzorcov môžeme túto hodnotu vyjadriť takto:

φ1 = W1 / q1- f2 = W2 / q1.

Práca vykonaná v tejto oblasti bude teda vyjadrená takto:

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

Výraz v zátvorkách sa nazýva potenciálny rozdiel alebo napätie. Zobrazuje, aký druh práce vykoná pole na pohyblivom testovacom náboji.

A / q = (φ1 - φ2).

Jednotka tejto veľkosti, J / Cl, bola nazvaná Volt, na počesť vedca Alessandra Volta. Z tejto jednotky sa meria rozmernosť ostatných veličín v elektrostatickej a elektrodynamickej. Napríklad intenzita poľa sa meria V / m.

Elektrická indukcia

Toto množstvo charakterizuje elektrické pole, ako sa hovorí, vo svojej čistej forme. V skutočnosti ide o pole v rôznych médiách s určitou dielektrickou priepustnosťou. Napriek tomu, že u väčšiny látok je hodnota tabuľkovej, v niektorých prípadoch to nie je konštantná, a jej závislosť na parametroch (teplota, vlhkosť, a tak ďalej. D.) je nelineárny.

Tento jav je typický pre Rochellovu soľ, titaničitan bárnatý, niobát lítia a množstvo ďalších.

Elektrická indukcia je meraná v Kl / m2 a jej hodnota je vyjadrená vzorcom:

D = ε εo E.

Toto je tiež vektorová veličina, ktorej smer sa zhoduje so smerom napätia.

Statické a vírivé pole

Ako bolo uvedené na začiatku článku, elektrickým poľom môže vzniknúť okolo striedavého magnetického poľa. Dokonca vytvára prúd, ktorý možno dosiahnuť dvoma spôsobmi:

• zmena intenzity magnetického poľa prechádzajúceho obrysom vodiča v ňom;
• zmeniť polohu samotného vodiča.

V tomto prípade nemusí byť vodič vôbec zatvorený - prúd v ňom bude stále prúdiť.

Na ilustráciu rozdielov medzi statickými a vírivými políčkami je možné urobiť tabuľku.

Nemožno povedať, že prvé a druhé pole nemajú nič spoločné. Nie je to tak. V skutočnosti funguje takáto regulárnosť: stacionárny náboj vytvára elektrostatické pole, ktoré prenáša náboj do vodiča - pohyblivý náboj vytvára konštantné magnetické pole. Ak sa náboj pohybuje s premenlivou rýchlosťou a smerom, potom sa magnetické pole mení a vytvorí sekundárne elektrické. Takto elektrické pole a jeho charakteristiky ovplyvňujú výskyt magnetických a jeho parametrov.