Caracteristicile câmpului electric și proprietățile sale de bază

Un câmp electric este materia, care asigură interacțiunea încărcăturilor electrice în el. Poate fi generat fie de o sarcină electrică, fie de un flux magnetic variabil. În primul caz, se numește electrostatic, în al doilea - vortex. Fără acest câmp, nu poate apărea curent electric, dar pentru a ști cum apare acesta este necesar să vă familiarizați cu caracteristicile de bază ale câmpului electric.

Natura fenomenului

Câmpul electric nu poate fi văzut cu ochii: poate fi detectat prin acțiunea sa asupra corpurilor încărcate. În același timp, un astfel de impact nu necesită un contact direct cu transportatorii potențialului, ci are un caracter de forță. Deci, părul electrificat se va trage în alte obiecte.

Observarea câmpurilor electrice arată că acestea funcționează într-o manieră similară cu cele gravitaționale. Este descrisă de legea lui Coulomb, care, în general, arată astfel:

F = q1 q2 / 4 π ε εo r ²,

în cazul în care q₁ și q₂ - cantitatea de încărcare în pandative, ε - constanta dielectrică a mediului, ε₀ - electric constant egal cu 8,854 * 10⁻¹² F / m, r - distanța între tarifele în metri și F - forța cu care interacționează tarifele, în newtoni.

Astfel, mai departe de centru, cu atât mai puțin impactul câmpului va fi resimțit.

Afișați grafic câmpul sub formă de linii de forță. Aranjamentul lor va depinde de caracteristicile geometrice ale suportului. Există două tipuri de câmpuri:

1. Omogene, când liniile de forță sunt paralele între ele. Cazul ideal este plăcile infinite paralele încărcate.
2. Un caz neomogen, caz particular, este un câmp în jurul unui punct sau o încărcătură sferică, liniile sale de forță diverg radial din centru, dacă este pozitiv, și spre centru, dacă este negativă.

Liniile de forță ale câmpului electric induse de încărcătura electrică nu sunt închise. Ele sunt închise numai în câmpul vortex, care se formează în jurul fluxului magnetic în schimbare.

Acestea sunt proprietățile de bază ale câmpului electric. Pentru a vă familiariza cu caracteristicile sale, merită să luați în considerare cea mai simplă versiune - electrostatică, care este formată din încărcări constante și staționare. Pentru comoditate, ele vor fi de tip punct, astfel încât contururile lor să nu compliceze calculele. Taxa de test, care va apărea și în viitor, va fi, de asemenea, punctuală și infinitezimală.

Caracteristici principale

Ele pot fi descrise folosind modele matematice, iar unele pot fi exprimate grafic. Caracteristicile ulterioare sunt vectori, adică având direcția. Acest lucru este important, deoarece în rezolvarea problemelor practice este adesea necesar să nu funcționeze cu un modul de magnitudine, ci cu o proiecție vectorică pe orice axă selectată.

Parametrii principali ai câmpului sunt:

1. tensiune;
2. potențial;
3. inducție.

Rezistența câmpului

Aceasta este caracteristica de putere a câmpului electric. Mărimea este un vector și caracterizează forța cu care câmpul acționează asupra încărcării la un anumit punct. Din punct de vedere matematic, aceasta se exprimă după cum urmează:

Ē = Fτ / q.

Dacă substituim formula legii lui Coulomb, obținem:

Ē = qo / 4 π ε εo r ².

Astfel, în fiecare punct al câmpului, intensitatea sa este diferită și depinde de sarcina pe care o creează, de condițiile de mediu și de magnitudinea invers proporțională cu pătratul distanței până la punct.

Dacă câmpul este creat de două încărcări, tensiunea rezultată este calculată grafic - prin adăugarea vectorilor de stres din fiecare sursă separată. Această metodă a fost numită principiul suprapunerii.

Potențiale și diferența lor

Câmpul electric este capabil să facă muncă. În cazul în care taxa de încercare este mutată în câmp, atunci munca efectuată de e- câmpul va depinde de distanța inițială și finală de la sarcina de încercare până la centrul e. câmp. Compară-l cu un bărbat care ar putea sări de pe acoperiș. În timp ce se află la înălțimea celui de-al zecelea etaj, energia sa potențială va fi:

W = -GMm / Rr.

Sau dacă luăm în considerare proporționalitatea pământului și a omului:

W = mgh.

Până când o persoană sare, are energie potențială. Când în cele din urmă cade, câmpul gravitațional va efectua lucrarea, egal numeric cu valoarea de mai sus. Acest lucru nu ia în considerare mișcarea orizontală - această lucrare a fost făcută de către deținut însuși.

Câmpul electric funcționează în mod similar. Încărcarea de încercare q1, plasată în el, are o potențială energie:

W = q1 qo / 4 π ε εo r.

Când vă deplasați într-un alt punct, atunci când distanța r este diferită, câmpul va efectua lucrarea egală cu:

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

Dacă selectați un parametru din ambele elemente care se leagă direct de câmp, mai degrabă decât de taxa de încercare, acesta va arăta astfel:

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

Și acesta este φ și se numește potențialul câmpului în acest punct. Pe baza tuturor formulelor scrise mai sus, putem exprima această valoare după cum urmează:

φ1 = W1 / q1- f2 = W2 / q1.

Astfel, lucrarea făcută de domeniu va fi exprimată după cum urmează:

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

Expresia din paranteze se va numi diferența de potențial sau tensiunea. Afișează ce fel de muncă va efectua câmpul pe încărcarea de test în mișcare.

A / q = (φ1 - φ2).

O unitate de această magnitudine, J / Cl, a fost numită Volt, în onoarea savantului Alessandro Volta. Din această unitate se măsoară dimensionalitatea altor cantități în electrostatice și electrodinamică. De exemplu, intensitatea câmpului este măsurată în V / m.

Inducția electrică

Această cantitate caracterizează câmpul electric, așa cum se spune, în forma sa pură. În realitate, avem de-a face cu un câmp în diverse medii cu o anumită permeabilitate dielectrică. În ciuda faptului că pentru majoritatea substanțelor este o cantitate tabelară, într-un număr de cazuri este instabilă, iar dependența sa de parametrii mediului (temperatura, umiditatea etc.) este neliniară.

Acest fenomen este tipic pentru sarea Rochelle, titanatul de bariu, niobatul de litiu și alte câteva.

Inducția electrică este măsurată în Kl / m², iar valoarea sa este exprimată prin formula:

D = ε εo E.

Aceasta este și o cantitate vectorică, direcția căreia coincide cu direcția de tensiune.

Câmpul static și vortex

După cum sa menționat la începutul articolului, un câmp electric poate apărea în jurul unui câmp magnetic alternativ. Chiar creează un curent, care poate fi realizat în două moduri:

• o schimbare a intensității câmpului magnetic care trece prin conturul conductorului din acesta;
• schimbați poziția conductorului însuși.

În acest caz, conductorul nu trebuie să fie închis deloc - curentul din el va continua să curgă.

Pentru a ilustra diferențele dintre câmpurile statice și vortex, se poate face un tabel.

Nu se poate spune că primul și al doilea câmp nu au nimic de-a face cu celălalt. Nu e așa. În realitate, o astfel de regularitate funcționează: o încărcătură staționară creează un câmp electrostatic care mișcă o sarcină într-un conductor - o sarcină în mișcare generează un câmp magnetic constant. Dacă încărcarea se deplasează cu o viteză și direcție variabile, atunci câmpul magnetic devine variabil și creează o secundă electrică secundară. Astfel, câmpul electric și caracteristicile sale afectează apariția magneților și a parametrilor săi.