Det elektriska fältets egenskaper och egenskaper studeras av nästan alla tekniska specialister. Men en universitetskurs är ofta skriven på ett komplext och obegripligt språk. Därför, inom ramen för artikeln, kommer egenskaperna hos elektriska fält att beskrivas på ett tillgängligt sätt så att varje person kan förstå dem. Dessutom kommer vi att ägna särskild uppmärksamhet åt inbördes relaterade begrepp (superposition) och möjligheterna för utveckling av detta område av fysik.
Allmän information
Enligt moderna koncept interagerar inte elektriska laddningar direkt med varandra. En intressant egenskap framgår av detta. Så varje laddad kropp har sitt eget elektriska fält i det omgivande utrymmet. Det påverkar andra enheter. Egenskaperna hos elektriska fält är av intresse för oss eftersom de visar fältets effekt på elektriska laddningar och den kraft med vilken det utförs. Vilken slutsats kan dras av detta? Åtalade organ har ingen ömsesidig direkt effekt. För detta används elektriska fält. Hur kan de utforskas? För att göra detta kan du använda en testladdning - en liten punktpartikelstråle, vilket inte är detkommer att ha en betydande inverkan på den befintliga strukturen. Så vad är egenskaperna hos det elektriska fältet? Det finns tre av dem: spänning, spänning och potential. Var och en av dem har sina egna egenskaper och inflytandesfärer på partiklarna.
Elektriskt fält: vad är det?
Men innan du går vidare till artikelns huvudämne måste du ha en viss kunskap. Om de är det, kan den här delen säkert hoppa över. Låt oss först överväga frågan om orsaken till existensen av ett elektriskt fält. För att det ska vara det krävs en debitering. Dessutom måste egenskaperna hos utrymmet där den laddade kroppen vistas skilja sig från de där den inte existerar. Det finns en sådan funktion här: om en laddning placeras i ett visst koordinatsystem kommer förändringar inte att ske omedelbart, utan bara med en viss hastighet. De kommer, som vågor, att spridas genom rymden. Detta kommer att åtföljas av uppkomsten av mekaniska krafter som verkar på andra bärare i detta koordinatsystem. Och här kommer vi till huvudsaken! De framväxande krafterna är inte resultatet av direkt påverkan, utan av interaktion genom en miljö som har förändrats kvalitativt. Det utrymme där sådana förändringar sker kallas det elektriska fältet.
Funktioner
En laddning i ett elektriskt fält rör sig i riktning mot kraften som verkar på den. Är det möjligt att uppnå ett vilotillstånd? Ja, det är ganska verkligt. Men för detta måste styrkan i det elektriska fältet balanseras av vissaannan påverkan. Så snart obalansen uppstår börjar laddningen röra sig igen. Riktningen i detta fall kommer att bero på den större kraften. Även om det finns många av dem kommer slutresultatet att bli något balanserat och universellt. För att bättre föreställa dig vad du har att arbeta med, avbildas kraftlinjer. Deras riktningar motsvarar de verkande krafterna. Det bör noteras att kraftlinjer har både en början och ett slut. De sluter sig med andra ord inte. De börjar på positivt laddade kroppar och slutar på negativa. Detta är inte allt, mer detaljerat om kraftlinjerna, deras teoretiska bakgrund och praktiska genomförande, vi kommer att prata lite längre i texten och betrakta dem tillsammans med Coulombs lag.
Elektrisk fältstyrka
Denna egenskap används för att kvantifiera det elektriska fältet. Detta är ganska svårt att förstå. Denna egenskap hos det elektriska fältet (styrkan) är en fysisk storhet som är lika med förhållandet mellan verkanskraften på en positiv testladdning, som är belägen vid en viss punkt i rymden, och dess värde. Det finns en speciell aspekt här. Denna fysiska storhet är en vektor. Dess riktning sammanfaller med riktningen för kraften som verkar på den positiva testladdningen. Du bör också svara på en mycket vanlig fråga och notera att styrkan för det elektriska fältet är just intensiteten. Och vad händer med orörliga och oföränderliga ämnen? Deras elektriska fält anses vara elektrostatiskt. När du arbetar med en punktladdning ochintresset för studier av spänning tillhandahålls av kraftlinjer och Coulombs lag. Vilka funktioner finns här?
Coulombs lag och kraftlinjer
Kraftkarakteristiken för det elektriska fältet fungerar i detta fall endast för en punktladdning, som är belägen på ett avstånd av en viss radie från den. Och om vi tar detta värde modulo, kommer vi att ha ett Coulomb-fält. I den beror vektorns riktning direkt på laddningens tecken. Så, om det är positivt, kommer fältet att "röra sig" längs radien. I den motsatta situationen kommer vektorn att riktas direkt till själva laddningen. För en visuell förståelse av vad som händer och hur kan du hitta och bekanta dig med ritningarna som visar kraftlinjerna. De viktigaste egenskaperna hos det elektriska fältet i läroböcker, även om det är ganska svårt att förklara, men ritningarna, de bör ges till sin rätt, de är av hög kvalitet. Det är sant att man bör notera en sådan egenskap hos böcker: när man konstruerar ritningar av kraftlinjer är deras densitet proportionell mot spänningsvektorns modul. Detta är en liten ledtråd som kan vara till stor hjälp vid kunskapskontrollen eller provet.
Potential
Laddningen rör sig alltid när det inte finns någon kraftbalans. Detta säger oss att i det här fallet har det elektriska fältet potentiell energi. Det kan med andra ord göra en del arbete. Låt oss titta på ett litet exempel. Ett elektriskt fält har flyttat en laddning från en punktOch i B. Som ett resultat finns det en minskning av fältets potentiella energi. Det händer för att arbetet är gjort. Denna effektkaraktäristik för det elektriska fältet kommer inte att förändras om rörelsen gjordes under påverkan utifrån. I det här fallet kommer den potentiella energin inte att minska utan öka. Dessutom kommer denna fysiska egenskap hos det elektriska fältet att förändras i direkt proportion till den applicerade yttre kraften, som flyttade laddningen i det elektriska fältet. Det bör noteras att i detta fall kommer allt arbete som görs att läggas på att öka den potentiella energin. För att förstå ämnet, låt oss ta följande exempel. Så vi har en positiv laddning. Den ligger utanför det elektriska fältet som övervägs. På grund av detta är påverkan så liten att den kan ignoreras. En yttre kraft uppstår, som introducerar en laddning i det elektriska fältet. Hon gör det arbete som krävs för att flytta. I detta fall är fältets krafter övervunna. Därmed uppstår en aktionspotential, men redan i själva det elektriska fältet. Det bör noteras att detta kan vara en heterogen indikator. Så, energin som relaterar till varje specifik enhet av positiv laddning kallas potentialen för fältet vid den punkten. Det är numeriskt lika med det arbete som utfördes av en yttre kraft för att flytta motivet till en given plats. Fältpotentialen mäts i volt.
Voltage
I alla elektriska fält kan du observera hur positiva laddningar "migrerar" från punkter med hög potential till de som har låga värden på denna parameter. Negativa följer denna väg i motsatt riktning. Men i båda fallen händer detta bara på grund av närvaron av potentiell energi. Spänningen beräknas utifrån den. För att göra detta är det nödvändigt att känna till värdet med vilket den potentiella energin i fältet har blivit mindre. Spänningen är numeriskt lika med det arbete som gjordes för att överföra en positiv laddning mellan två specifika punkter. En intressant korrespondens kan ses av detta. Så, spänning och potentialskillnad i det här fallet är samma fysiska enhet.
överlagring av elektriska fält
Så vi har övervägt det elektriska fältets huvudsakliga egenskaper. Men för att bättre förstå ämnet föreslår vi att man dessutom överväger ett antal parametrar som kan vara viktiga. Och vi börjar med en superposition av elektriska fält. Tidigare har vi övervägt situationer där det bara fanns en specifik åtalspunkt. Men det finns många av dem på fälten! Låt oss därför, med tanke på en verklighetsnära situation, föreställa oss att vi har flera anklagelser. Sedan visar det sig att krafter som följer regeln om vektoraddition kommer att agera på försökspersonen. Dessutom säger superpositionsprincipen att en komplex rörelse kan delas upp i två eller flera enkla. Det är omöjligt att utveckla en realistisk rörelsemodell utan att ta hänsyn till superposition. Med andra ord, partikeln vi överväger under befintliga förhållanden påverkas av olika laddningar, som var och en har sin egenelektriskt fält.
Använd
Det bör noteras att det elektriska fältets möjligheter nu inte utnyttjas till sin fulla potential. Till och med, skulle det vara mer korrekt att säga, dess potential används knappast av oss. Chizhevskys ljuskrona kan citeras som en praktisk implementering av det elektriska fältets möjligheter. Tidigare, i mitten av förra seklet, började mänskligheten utforska rymden. Men forskarna hade många olösta frågor. En av dem är luft och dess skadliga komponenter. Den sovjetiska vetenskapsmannen Chizhevsky, som samtidigt var intresserad av det elektriska fältets energikaraktär, tog upp lösningen på detta problem. Och det ska noteras att han fick en riktigt bra utveckling. Denna enhet var baserad på tekniken att skapa aerojoniska luftflöden på grund av små utsläpp. Men inom ramen för artikeln är vi inte så intresserade av själva enheten, som av principen för dess funktion. Faktum är att för Chizhevsky-ljuskronans funktion användes inte en stationär strömkälla, utan ett elektriskt fält! Speciella kondensatorer användes för att koncentrera energin. Energikarakteristiken för det elektriska fältet i miljön påverkade avsevärt enhetens framgång. Det vill säga, den här enheten utvecklades specifikt för rymdfarkoster, som bokstavligen är fullproppade med elektronik. Den drevs av resultaten av aktiviteterna från andra enheter kopplade till konstanta strömkällor. Det bör noteras att riktningen inte övergavs, och möjligheten att ta energi från det elektriska fältet undersöks nu. Sanning,Det bör noteras att betydande framsteg ännu inte har uppnåtts. Det är också nödvändigt att notera den relativt lilla skalan av den pågående forskningen och det faktum att de flesta av dem utförs av frivilliga uppfinnare.
Vilka är egenskaperna hos elektriska fält som påverkas av?
Varför studera dem? Som nämnts tidigare är egenskaperna hos ett elektriskt fält styrka, spänning och potential. I en vanlig vanlig människas liv kan dessa parametrar inte skryta med betydande inflytande. Men när frågor uppstår om att något stort och komplext ska göras, då är det en lyx att inte ta hänsyn till dem. Faktum är att ett för stort antal elektroniska fält (eller deras överdrivna styrka) leder till störningar i överföringen av signaler från utrustning. Detta leder till förvrängning av den överförda informationen. Det bör noteras att detta inte är det enda problemet av denna typ. Förutom teknikens vita brus kan alltför starka elektroniska fält också påverka människokroppens funktion negativt. Det bör noteras att en liten jonisering av rummet fortfarande anses vara en välsignelse, eftersom det bidrar till avsättningen av damm på ytorna av en mänsklig bostad. Men om man tittar på hur många olika typer av utrustning (kylskåp, TV-apparater, pannor, telefoner, elsystem och så vidare) som finns i våra hem kan vi dra slutsatsen att det tyvärr inte är bra för vår hälsa. Det bör noteras att de låga egenskaperna hos elektriska fält nästan inte skadar oss, eftersom tillMänskligheten har länge varit van vid kosmisk strålning. Men det är svårt att säga om elektronik. Naturligtvis kommer det inte att vara möjligt att vägra allt detta, men det är möjligt att framgångsrikt minimera den negativa effekten av elektriska fält på människokroppen. För detta räcker det förresten att tillämpa principerna för energieffektiv användning av teknik, som gör det möjligt att minimera drifttiden för mekanismer.
Slutsats
Vi undersökte vilken fysisk storhet som kännetecknar det elektriska fältet, var vad som används, vilken potential utvecklingen har och deras tillämpning i vardagen. Men jag skulle ändå vilja lägga till några sista ord om ämnet. Det bör noteras att ett ganska stort antal människor var intresserade av dem. Ett av de mest synliga spåren i historien lämnades efter av den berömde serbiske uppfinnaren Nikola Tesla. I detta lyckades han uppnå avsevärd framgång när det gäller genomförandet av sina planer, men tyvärr inte när det gäller energieffektivitet. Därför, om det finns en önskan att arbeta i den här riktningen, finns det många oupptäckta möjligheter.
