Физическая величина характеризующая электрическое поле

Физическая величина характеризующая электрическое поле

Пространство вокруг всякого электрического заряда или нескольких зарядов, через которые осуществляется взаимодействие между зарядами, называется электрическим полем.

Электрическое поле – одна из сторон электромагнитного поля, которое представляет собой особый вид материи и характеризуется следующими свойствами:

1. Электромагнитное поле существует вокруг любой заряженной частицы или тела.

2. Поле характеризуется непрерывным распределением в пространстве.

Оно обладает массой.

Поле – носитель энергии.

Энергия поля может преобразовываться в другие виды энергии (механическую, химическую и др.)

Электрическое поле характеризуется следующими величинами:

Напряженностью электрического поля в данной точке называют величину, численно равную силе, с которой поле действует на единичный точечный заряд, помещенный в данную точку поля:

Напряженность является векторной величиной. За направление вектора напряженности принимают направление силы, с которой поле действует на положительный заряд, помещенный в данную точку поля.

Эл. поле можно изображать с помощью эл. силовых линий так, чтобы вектора напряженности были направлены по касательной к эл. силовыми линиям.

Эл. силовые линии – это пути, по которым перемещается положительный заряд под действием поля.

С помощью эл. силовых линий можно показать интенсивность поля, при этом через площадку проводят линии, число которых пропорционально напряженности поля. Если в формулу напряженности подставить значение силы Fиз закона Кулона, то получим:

Если поле создается несколькими точечными зарядами, то напряженность такого поля определяется как геометрическая сумма напряженностей, создаваемых каждым зарядом в отдельности.

Если угол не прямой, то используют теорему косинусов.

Электрическим напряжениемназывают отношение работы, совершаемой силами поля по перемещению пробного заряда из одной точки поля в другую, к величине этого заряда.

Эл. поле может быть однородным и неоднородным. В однородном поле вектора напряженности одинаковы по величине и по направлению.

Электрическое напряжение является энергетической характеристикой поля. Это величина скалярная.

Электрическим потенциаломв данной точке является величина, численно равная работе, затрачиваемой на перемещение единичного точечного (положительного) заряда из-за пределов поля в данную точку.

Потенциал – величина скалярная, он может быть положительным и отрицательным.

Для сравнения потенциалов введено условное понятие нулевого потенциала.Условно считают, что нулевой потенциал имеет поверхность Земли, и если потенциал выше нуля, то он положительный, а если ниже – отрицательный.

Разность потенциалов между двумя точками эл. поля называют напряжением между этими точками:

Связь между напряжением и напряженностью эл. поля определяется следующим образом. Работу по перемещению пробного заряда в эл. поле можно определить:

Проводники первого ряда: все металлы и их сплавы. Проводники второго ряда: электролиты.

Диэлектрики: керамика, стекло, слюда, кварц, асбест, пластмассы, каучук, минеральные масла, лаки, воздух и др.

Читайте также:  Средство для чистки сидений в машине

Сдвинутые друг с другом под действием внешнего эл. поля и одновременно связанные заряженные частицы в пределах молекулы образуют диполь.

Это явление называется поляризацией диэлектрика. Если диэлектрик убрать из внешнего эл. поля, то поляризация полностью прекращается. Но некоторые диэлектрики (титанат бария, титанат свинца) с исчезновением поля сохраняют остаточную поляризацию.

Чем сильнее поляризуется диэлектрик, тем слабее Ерез при одном и том же Е и тем больше диэлектрическая проницаемость a.

Напряженность эл. поля, при которой наступает пробой диэлектрика, называется эл. прочностью диэлектрика, или пробивной напряженностью.

Напряжение, при котором происходит пробой диэлектрика, называется пробивным напряжением.

Отношение называетсязапасом прочности.

Полупроводники занимают среднее место по проводимости между металлами и диэлектриками. С повышением температуры их проводимость увеличивается. К ним относятся: кремний, германий, селен, закись меди, сернисный свинец и др.

Существует три величины, характеризующие электрическое поле:

1). Потенциал Ψ единицы измерения вольты [В].

2). Напряжение U также вольты [В].

3). Напряженность Е вольт на метр [В/м].

Потенциал – это энергетическая характеристика электрического поля. Эта величина показывающая способность электрического поля взаимодействовать с другими электрическими полями.

Потенциал в каждой токе электрического поля характеризуется энергией W, которая затрачивается электрическим полем на перемещение единицы положительного заряда из данной точки за пределы поля, если это поле создано положительным зарядом, или из-за пределов поля в данную точку, если поле создано отрицательным зарядом. Потенциал в точке А равен отношению энергии затраченной на перемещение заряда к этому заряду.

Разность потенциалов между двумя точками электрического поля характеризуется напряжением U между этими точками

Напряжение между двумя точками электрического поля характеризуется энергией затраченной на перемещение единицы положительного заряда между этими точками:

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД. ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ.

Электрический заряд q — физическая величина, определяющая интенсивность электромагнитного взаимодействия.

Атомы состоят из ядер и электронов. В состав ядра входят положительно заряженные протоны и не имеющие заряда нейтроны. Электроны несут отрицательный заряд. Количество электронов в атоме равно числу протонов в ядре, поэтому в целом атом нейтрален.

Заряд любого тела: q = ±Ne , где е = 1,6*10 -19 Кл — элементарный или минимально возможный заряд (заряд электрона), N — число избыточных или недостающих электронов. В замкнутой системе алгебраическая сумма зарядов остается постоянной:

Точечный электрический заряд — заряженное тело, размеры которого во много раз меньше расстояния до другого наэлектризованного тела, взаимодействующего с ним.

Два неподвижных точечных электрических заряда в вакууме взаимодействуют с силами, направленными по прямой, соединяющей эти заряды; модули этих сил прямо пропорциональны произведению зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:

Читайте также:  Плюсы и минусы роста городов

где — электрическая постоянная.

где 12 — сила, действующая со стороны второго заряда на первый, а 21 — со стороны первого на второй.

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ. НАПРЯЖЕННОСТЬ

Факт взаимодействия электрических зарядов на расстоянии можно объяснить наличием вокруг них электрического поля — материального объекта, непрерывного в пространстве и способного действовать на другие заряды.

Поле неподвижных электрических зарядов называют электростатическим.

Характеристикой поля является его напряженность.

Напряженность электрического поля в данной точке — это вектор, модуль которого равен отношению силы, действующей на точечный положительный заряд, к величине этого заряда, а направление совпадает с направлением силы.

Напряженность поля точечного заряда Q на расстоянии r от него равна

Принцип суперпозиции полей

Напряженность поля системы зарядов равна векторной сумме напряженностей полей каждого из зарядов системы:

Диэлектрическая проницаемость среды равна отношению напряженностей поля в вакууме и в веществе:

Она показывает во сколько раз вещество ослабляет поле. Закон Кулона для двух точечных зарядов q и Q , расположенных на расстоянии r в среде c диэлектрической проницаемостью :

Напряженность поля на расстоянии r от заряда Q равна

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО ТЕЛА В ОДНОРОДНОМ ЭЛЕКТРО-СТАТИЧЕСКОМ ПОЛЕ

Между двумя большими пластинами, заряженными противоположными знаками и расположенными параллельно, поместим точечный заряд q .

Так как электрическое поле между пластинами с напряженностью однородное, то на заряд во всех точках действует сила F = qE , которая при перемещении заряда на расстояние вдоль совершает работу

Эта работа не зависит от формы траектории, то есть при перемещении заряда q вдоль произвольной линии L работа будет такой же.

Работа электростатического поля по перемещению заряда не зависит от формы траектории, а определяется исключительно начальным и конечным состояниями системы. Она, как и в случае с полем сил тяжести, равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком:

Из сравнения с предыдущей формулой видно, что потенциальная энергия заряда в однородном электростатическом поле равна:

Потенциальная энергия зависит от выбора нулевого уровня и поэтому сама по себе не имеет глубокого смысла.

ПОТЕНЦИАЛ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ И НАПРЯЖЕНИЕ

Потенциальным называется поле, работа которого при переходе из одной точки поля в другую не зависит от формы траектории. Потенциальными являются поле силы тяжести и электростатическое поле.

Работа, совершаемая потенциальным полем, равна изменению потенциальной энергии системы, взятой с противоположным знаком:

Потенциал — отношение потенциальной энергии заряда в поле к величине этого заряда:

Потенциал однородного поля равен

где d — расстояние, отсчитываемое от некоторого нулевого уровня.

Потенциальная энергия взаимодействия заряда q с полем равна .

Поэтому работа поля по перемещению заряда из точки с потенциалом φ1 в точку с потенциалом φ2 составляет:

Читайте также:  Как правильно наносить кракелюрный лак

Величина называется разностью потенциалов или напряжением.

Напряжение или разность потенциалов между двумя точками — это отношение работы электрического поля по перемещению заряда из начальной точки в конечную к величине этого заряда:

НАПРЯЖЕННОСТЬ ПОЛЯ И РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ

При перемещении заряда q вдоль силовой линии электрического поля напряженностью на расстояние Δ d поле совершает работу

Так как по определению, то получаем:

Отсюда и напряженность электрического поля равна

Итак, напряженность электрического поля равна изменению потенциала при перемещении вдоль силовой линии на единицу длины.

Если положительный заряд перемещается в направлении силовой линии, то направление действия силы совпадает с направлением перемещения, и работа поля положительна:

Тогда , то есть напряженность направлена в сторону убывания потенциала.

Напряженность измеряют в вольтах на метр:

Напряженность поля равна 1 В/м, если напряжение между двумя точками силовой линии, расположенными на расстоянии 1 м, равна 1 В.

Если независимым образом измерять заряд Q , сообщаемый телу, и его потенциал φ, то можно обнаружить, что они прямо пропорциональны друг другу:

Величина С характеризует способность проводника накапливать электрический заряд и называется электрической емкостью. Электроемкость проводника зависит от его размеров, формы, а также электрических свойств среды.

Электроёмкостъ двух проводников — отношение заряда одного из них к разности потенциалов между ними:

Емкость тела равно 1 Ф , если при сообщении ему заряда 1 Кл оно приобретает потенциал 1 В.

Конденсатор — два проводника, разделенные диэлектриком, служащие для накопления электрического заряда. Под зарядом конденсатора понимают модуль заряда одной из его пластин или обкладок.

Способность конденсатора накапливать заряд характеризуется электроемкостью, которая равна отношению заряда конденсатора к напряжению:

Емкость конденсатора равна 1 Ф, если при напряжении 1 В его заряд равен 1 Кл.

Емкость плоского конденсатора прямо пропорциональна площади пластин S , диэлектрической проницаемости среды , и обратно пропорциональна расстоянию между пластинами d:

ЭНЕРГИЯ ЗАРЯЖЕННОГО КОНДЕНСАТОРА.

Точные эксперименты показывают, что W=CU 2 /2

Так как q = CU , то

Плотность энергии электрического поля

где V = Sd — объем, занимаемый полем внутри конденсатора. Учитывая, что емкость плоского конденсатора

а напряжение на его обкладках U=Ed

Пример. Электрон, двигаясь в электрическом поле из точки 1 через точку 2, увеличил свою скорость от 1000 до 3000 км/с. Определите разность потенциалов между точками 1 и 2.

Так как электрон увеличил свою скорость, то ускорение и сила Кулона сонаправлены со скоростью. Значит, электрон движется против силовых линий поля. Изменение кинетической энергии электрона равно работе поля :

Ответ: разность потенциалов равна — 22,7 В.

Ссылка на основную публикацию
Фасадные цокольные панели для наружной отделки дома
Монтаж цокольных и фасадных панелей, цена на монтаж : СЮДА Rooffer рекомендует burg - льняной berg - вишневый burg -...
Утка с тонким длинным клювом
Утками называют виды водоплавающих птиц с крупным клювом, относительно короткой шеей в семействе утиные (Anatidae), и особенно в подсемействе Anatinae...
Утка французская порода фото
У начинающих и опытных птицеводов утки давно заслужили свое место во дворах. Они менее прихотливы, чем представители семейства куриных, которые...
Фасадный держатель nd2307 цена
Распределение по складам Склад хранения Остаток Срок перемещения* Актуально на дату Склад-1 847 шт. 20.04.2020 16.04.2020 Склад завода 51 шт....
Adblock detector