ΕντασηΤο ηλεκτρικό πεδίο είναι ένα διανυσματικό μέγεθος, που σημαίνει ότι έχει αριθμητικό μέγεθος και κατεύθυνση. Το μέγεθος της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου έχει τη δική του διάσταση, η οποία εξαρτάται από τη μέθοδο υπολογισμού του.

Η ηλεκτρική δύναμη αλληλεπίδρασης φορτίων περιγράφεται ως ενέργεια χωρίς επαφή και με άλλα λόγια λαμβάνει χώρα δράση μεγάλης εμβέλειας, δηλαδή δράση σε απόσταση. Για να περιγράψουμε μια τέτοια δράση μεγάλης εμβέλειας, είναι βολικό να εισαγάγουμε την έννοια του ηλεκτρικού πεδίου και, με τη βοήθειά του, να εξηγήσουμε τη δράση σε απόσταση.

Ας πάρουμε ένα ηλεκτρικό φορτίο, το οποίο θα συμβολίσουμε με το σύμβολο Q. Αυτό το ηλεκτρικό φορτίο δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο, δηλαδή είναι η πηγή δύναμης. Εφόσον στο σύμπαν υπάρχει πάντα τουλάχιστον ένα θετικό και τουλάχιστον ένα αρνητικό φορτίο, τα οποία δρουν μεταξύ τους σε οποιαδήποτε, ακόμη και απείρως μακρινή απόσταση, τότε οποιοδήποτε φορτίο είναι πηγή δύναμης, που σημαίνει ότι είναι σκόπιμο να περιγραφεί το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργούν. Στην περίπτωσή μας η χρέωση Qείναι πηγήηλεκτρικό πεδίο και θα το θεωρήσουμε ακριβώς ως πηγή του πεδίου.

Ένταση ηλεκτρικού πεδίου πηγήΗ χρέωση μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας οποιαδήποτε άλλη φόρτιση βρίσκεται κάπου κοντά της. Το φορτίο που χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου ονομάζεται χρέωση δοκιμής, καθώς χρησιμοποιείται για τη δοκιμή της ισχύος πεδίου. Μια δοκιμαστική χρέωση έχει ένα ορισμένο ποσό φόρτισης και υποδεικνύεται με το σύμβολο q.

Όταν τοποθετηθεί δίκηφορτίο σε ηλεκτρικό πεδίο πηγή δύναμης(χρέωση Q), δίκητο φορτίο θα βιώσει τη δράση μιας ηλεκτρικής δύναμης - είτε έλξης είτε απώθησης. Η δύναμη μπορεί να υποδηλωθεί όπως συνήθως γίνεται αποδεκτή στη φυσική με το σύμβολο φά. Τότε το μέγεθος του ηλεκτρικού πεδίου μπορεί να οριστεί απλώς ως ο λόγος της δύναμης προς το μέγεθος δίκηχρέωση.

Εάν η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου υποδεικνύεται με το σύμβολο μι, τότε η εξίσωση μπορεί να ξαναγραφτεί σε συμβολική μορφή ως

Οι τυπικές μετρικές μονάδες για τη μέτρηση της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου προκύπτουν από τον ορισμό του. Έτσι, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου ορίζεται ως δύναμη ίση με 1 Νεύτο(Η) διαιρούμενο με 1 Κρεμαστό κόσμημα(Cl). Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου μετριέται σε Newton/Coulombή αλλιώς Ν/Κλ. Στο σύστημα SI μετριέται επίσης σε Βολτόμετρο. Για να κατανοήσουμε την ουσία ενός τέτοιου θέματος, πόσο πιο σημαντική είναι η διάσταση στο μετρικό σύστημα N/C, επειδή αυτή η διάσταση αντανακλά την προέλευση ενός τέτοιου χαρακτηριστικού όπως η ένταση του πεδίου. Ο συμβολισμός Volt/Meter καθιστά βασική την έννοια του δυναμικού πεδίου (Volt), η οποία είναι χρήσιμη σε ορισμένες περιοχές, αλλά όχι σε όλες.

Το παραπάνω παράδειγμα περιλαμβάνει δύο χρεώσεις Q (πηγή) Και q δίκη. Και τα δύο αυτά φορτία αποτελούν πηγή δύναμης, αλλά ποια πρέπει να χρησιμοποιηθεί στον παραπάνω τύπο; Υπάρχει μόνο μία χρέωση στον τύπο και αυτό είναι δίκηχρέωση q(όχι πηγή).

Δεν εξαρτάται από την ποσότητα δίκηχρέωση q. Αυτό μπορεί να φαίνεται μπερδεμένο με την πρώτη ματιά, αν το σκεφτείτε πραγματικά. Το πρόβλημα είναι ότι δεν έχουν όλοι τη χρήσιμη συνήθεια να σκέφτονται και παραμένουν στη λεγόμενη ευδαιμονική άγνοια. Εάν δεν σκέφτεστε, τότε δεν θα έχετε αυτό το είδος σύγχυσης. Πώς λοιπόν δεν εξαρτάται η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου q, Αν qυπάρχει στην εξίσωση; Μεγάλη ερώτηση! Αλλά αν το σκεφτείς λίγο, μπορείς να απαντήσεις σε αυτήν την ερώτηση. Αύξηση ποσότητας δίκηχρέωση q- ας πούμε, 2 φορές - ο παρονομαστής της εξίσωσης θα αυξηθεί επίσης 2 φορές. Αλλά σύμφωνα με το νόμο του Coulomb, η αύξηση του φορτίου θα αυξήσει επίσης αναλογικά τη δύναμη που δημιουργείται φά. Η φόρτιση θα αυξηθεί 2 φορές και μετά η ισχύς φάθα αυξηθεί κατά το ίδιο ποσό. Εφόσον ο παρονομαστής στην εξίσωση αυξάνεται κατά δύο (ή τρεις ή τέσσερις), ο αριθμητής θα αυξηθεί κατά το ίδιο ποσό. Αυτές οι δύο αλλαγές αλληλοεξουδετερώνονται, οπότε μπορούμε να πούμε με ασφάλεια ότι η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου δεν εξαρτάται από την ποσότητα δίκηχρέωση.

Έτσι, όσες κι αν είναι δίκηχρέωση qπου χρησιμοποιείται στην εξίσωση, ένταση ηλεκτρικού πεδίου μισε οποιοδήποτε δεδομένο σημείο γύρω από τη χρέωση Q (πηγή) θα είναι το ίδιο κατά τη μέτρηση ή τον υπολογισμό.

Μάθετε περισσότερα για τον τύπο της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου

Παραπάνω θίξαμε τον ορισμό της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου στον τρόπο μέτρησής του. Τώρα θα προσπαθήσουμε να εξερευνήσουμε μια πιο λεπτομερή εξίσωση με μεταβλητές για να φανταστούμε πιο καθαρά την ουσία του υπολογισμού και της μέτρησης της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου. Από την εξίσωση μπορούμε να δούμε τι ακριβώς επηρεάζεται και τι όχι. Για να γίνει αυτό, πρέπει πρώτα να επιστρέψουμε στην εξίσωση του νόμου του Coulomb.

Ο νόμος του Coulomb το λέει ηλεκτρική δύναμη Fμεταξύ δύο φορτίων είναι ευθέως ανάλογο με το γινόμενο του αριθμού αυτών των φορτίων και αντιστρόφως ανάλογο με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ των κέντρων τους.

Αν προσθέσουμε τα δύο μας φορτία στην εξίσωση του νόμου του Κουλόμπ Q (πηγή) Και q (δίκηχρέωση), τότε λαμβάνουμε την ακόλουθη καταχώρηση:

Αν η έκφραση για ηλεκτρική δύναμη φάπώς προσδιορίζεται ο νόμος του Κουλόμπαντικαταστήστε στην εξίσωση για ένταση ηλεκτρικού πεδίου μιπου δίνεται παραπάνω, τότε παίρνουμε την ακόλουθη εξίσωση:

σημειώστε ότι δίκηχρέωση qμειώθηκε, δηλαδή αφαιρέθηκε και από τον αριθμητή και από τον παρονομαστή. Νέα φόρμουλα για την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου μιεκφράζει την ένταση του πεδίου ως προς δύο μεταβλητές που το επηρεάζουν. Ένταση ηλεκτρικού πεδίουεξαρτάται από το ποσό της αρχικής χρέωσης Qκαι από την απόσταση από αυτή τη χρέωση ρεσε ένα σημείο του χώρου, δηλαδή μια γεωμετρική θέση στην οποία προσδιορίζεται η τιμή της τάσης. Έτσι, έχουμε την ευκαιρία να χαρακτηρίσουμε το ηλεκτρικό πεδίο μέσα από την έντασή του.

Αντίστροφος τετράγωνος νόμος

Όπως όλοι οι τύποι στη φυσική, μπορούν να χρησιμοποιηθούν τύποι για την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου αλγεβρικόςεπίλυση προβλημάτων (προβλημάτων) της φυσικής. Όπως κάθε άλλος τύπος στην αλγεβρική του σημειογραφία, μπορείτε να μελετήσετε τον τύπο για την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου. Μια τέτοια έρευνα συμβάλλει στη βαθύτερη κατανόηση της ουσίας ενός φυσικού φαινομένου και των χαρακτηριστικών αυτού του φαινομένου. Ένα από τα χαρακτηριστικά του τύπου έντασης πεδίου είναι ότι απεικονίζει την αντίστροφη τετραγωνική σχέση μεταξύ της έντασης του ηλεκτρικού πεδίου και της απόστασης σε ένα σημείο του χώρου από την πηγή πεδίου. Η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργείται στην πηγή φορτίου Qαντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου της απόστασης από την πηγή. Αλλιώς λένε ότι η επιθυμητή ποσότητα αντιστρόφως ανάλογο του τετραγώνου .

Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου εξαρτάται από τη γεωμετρική θέση στο χώρο και η τιμή του μειώνεται με την αύξηση της απόστασης. Έτσι, για παράδειγμα, εάν η απόσταση αυξηθεί κατά 2 φορές, τότε η ένταση θα μειωθεί κατά 4 φορές (2 2), εάν οι αποστάσεις μεταξύ μειωθούν κατά 2 φορές, τότε η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου θα αυξηθεί κατά 4 φορές (2 2). Εάν η απόσταση αυξηθεί κατά 3 φορές, τότε η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου μειώνεται κατά 9 φορές (3 2). Εάν η απόσταση αυξηθεί κατά 4 φορές, τότε η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου μειώνεται κατά 16 (4 2).

Κατεύθυνση του διανύσματος έντασης ηλεκτρικού πεδίου

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου είναι μια διανυσματική ποσότητα. Σε αντίθεση με ένα κλιμακωτό μέγεθος, ένα διανυσματικό μέγεθος δεν περιγράφεται πλήρως εκτός εάν έχει καθοριστεί η κατεύθυνσή του. Το μέγεθος του διανύσματος ηλεκτρικού πεδίου υπολογίζεται ως το μέγεθος της δύναμης σε οποιαδήποτε δίκηφορτίο που βρίσκεται σε ηλεκτρικό πεδίο.

Η δύναμη που ενεργεί δίκηη φόρτιση μπορεί να κατευθυνθεί είτε προς την πηγή φόρτισης είτε απευθείας μακριά από αυτήν. Η ακριβής κατεύθυνση της δύναμης εξαρτάται από τα σημάδια του δοκιμαστικού φορτίου και την πηγή του φορτίου, είτε έχουν το ίδιο πρόσημο φόρτισης (εμφανίζεται άπωση) είτε τα πρόσημά τους είναι αντίθετα (εμφανίζεται έλξη). Για να λυθεί το πρόβλημα της κατεύθυνσης του διανύσματος ηλεκτρικού πεδίου, είτε αυτό κατευθύνεται προς την πηγή είτε μακριά από την πηγή, υιοθετήθηκαν κανόνες που χρησιμοποιούνται από όλους τους επιστήμονες στον κόσμο. Σύμφωνα με αυτούς τους κανόνες, η κατεύθυνση του διανύσματος είναι πάντα από φορτίο με θετικό πρόσημο πολικότητας. Αυτό μπορεί να αναπαρασταθεί με τη μορφή γραμμών δύναμης που βγαίνουν από φορτία θετικών προσώπων και εισάγουν φορτία αρνητικών προσημάτων.

Η αλληλεπίδραση μεταξύ φορτίων σε ηρεμία συμβαίνει μέσω ενός ηλεκτρικού πεδίου.

Οποιοδήποτε φορτίο αλλάζει τις ιδιότητες του χώρου που το περιβάλλει - δημιουργεί ένα ηλεκτρικό πεδίο σε αυτό. Αυτό το πεδίο εκδηλώνεται στο γεγονός ότι ένα ηλεκτρικό φορτίο τοποθετημένο σε οποιοδήποτε σημείο βρίσκεται υπό την επίδραση δύναμης. Επομένως, για να μάθετε εάν υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο σε ένα δεδομένο μέρος, πρέπει να τοποθετήσετε ένα φορτισμένο σώμα εκεί (στο μέλλον, για συντομία, θα πούμε απλώς ένα φορτίο) και να διαπιστώσετε εάν υφίσταται τη δράση ενός ηλεκτρική δύναμη ή όχι. Από το μέγεθος της δύναμης που ασκείται σε ένα δεδομένο φορτίο, μπορεί κανείς προφανώς να κρίνει την «ένταση» του πεδίου.

Έτσι, για να ανιχνεύσετε και να μελετήσετε το ηλεκτρικό πεδίο, πρέπει να χρησιμοποιήσετε κάποια «δοκιμαστική» φόρτιση. Προκειμένου η δύναμη που ασκεί το φορτίο δοκιμής να χαρακτηρίζει το πεδίο "σε ένα δεδομένο σημείο", το φορτίο δοκιμής πρέπει να είναι ένα σημειακό φορτίο. Διαφορετικά, η δύναμη που επενεργεί στο φορτίο θα χαρακτηρίσει τις ιδιότητες πεδίου που υπολογίζονται κατά μέσο όρο στον όγκο που καταλαμβάνει το σώμα που φέρει το δοκιμαστικό φορτίο.

Χρησιμοποιώντας μια σημειακή δοκιμαστική φόρτιση, διερευνούμε το πεδίο που δημιουργείται από μια σταθερή σημειακή φόρτιση. Τοποθετώντας το δοκιμαστικό φορτίο σε ένα σημείο, η θέση του οποίου σε σχέση με το φορτίο q καθορίζεται από το διάνυσμα ακτίνας (Εικ. 5.1), διαπιστώνουμε ότι το φορτίο δοκιμής ασκείται από μια δύναμη

(βλ. (2.2) και (4.1)). Εδώ είναι το μοναδιαίο διάνυσμα του διανύσματος ακτίνας.

Από τον τύπο (5.1) προκύπτει ότι η δύναμη που επενεργεί στο φορτίο δοκιμής εξαρτάται όχι μόνο από τις ποσότητες που καθορίζουν το πεδίο (από q και ), αλλά και από το μέγεθος του φορτίου δοκιμής. κ.λπ., τότε οι δυνάμεις που βιώνουν σε ένα δεδομένο σημείο του πεδίου θα είναι διαφορετικές. Ωστόσο, από το (5.1) είναι σαφές ότι η αναλογία για όλες τις δοκιμαστικές χρεώσεις θα είναι η ίδια και εξαρτάται μόνο από τις τιμές των q και , που καθορίζουν το πεδίο σε ένα δεδομένο σημείο. Επομένως, είναι φυσικό να δεχθούμε αυτή την αναλογία ως ποσότητα που χαρακτηρίζει το ηλεκτρικό πεδίο:

Αυτή η διανυσματική ποσότητα ονομάζεται ένταση ηλεκτρικού πεδίου σε ένα δεδομένο σημείο (δηλαδή στο σημείο στο οποίο το δοκιμαστικό φορτίο υφίσταται τη δράση της δύναμης F).

Σύμφωνα με τον τύπο (5.2), η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου είναι αριθμητικά ίση με τη δύναμη που ασκείται σε ένα φορτίο μονάδας σημείου που βρίσκεται σε ένα δεδομένο σημείο του πεδίου. Η κατεύθυνση του διανύσματος Ε συμπίπτει με την κατεύθυνση της δύναμης που ασκεί το θετικό φορτίο.

Σημειώστε ότι ο τύπος (5.2) παραμένει έγκυρος στην περίπτωση που ένα αρνητικό φορτίο λαμβάνεται ως δοκιμαστικό φορτίο. Στην περίπτωση αυτή, τα διανύσματα E και F έχουν αντίθετες κατευθύνσεις.

Καταλήξαμε στην έννοια της έντασης ηλεκτρικού πεδίου μελετώντας το πεδίο ενός σταθερού σημειακού φορτίου. Ωστόσο, ο ορισμός (5.2) επεκτείνεται επίσης στην περίπτωση ενός πεδίου που δημιουργείται από οποιαδήποτε συλλογή σταθερών φορτίων. Σε αυτή την περίπτωση όμως είναι απαραίτητη η εξής διευκρίνιση. Μπορεί να συμβεί η θέση των χρεώσεων που καθορίζουν το υπό μελέτη πεδίο να αλλάξει υπό την επίδραση της δοκιμαστικής χρέωσης. Αυτό θα συμβεί, για παράδειγμα, όταν τα φορτία που δημιουργούν το πεδίο βρίσκονται στον αγωγό και μπορούν να κινούνται ελεύθερα εντός των ορίων του. Επομένως, για να μην εισαχθούν αξιοσημείωτες αλλαγές στο υπό μελέτη πεδίο, η τιμή της χρέωσης δοκιμής πρέπει να ληφθεί αρκετά μικρή.

Από τους τύπους (5.2) και (5.1) προκύπτει ότι η ένταση πεδίου ενός σημειακού φορτίου είναι ανάλογη με το μέγεθος του φορτίου q και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης από το φορτίο σε ένα δεδομένο σημείο πεδίου:

Το διάνυσμα Ε κατευθύνεται κατά μήκος μιας ακτινικής ευθείας που διέρχεται από το φορτίο και ένα δεδομένο σημείο πεδίου, από το φορτίο εάν είναι θετικό και προς το φορτίο εάν είναι αρνητικό.

Στο σύστημα Gauss, ο τύπος για την ένταση πεδίου ενός σημειακού φορτίου στο κενό έχει τη μορφή

Ως μονάδα έντασης ηλεκτρικού πεδίου λαμβάνεται η ένταση στο σημείο στο οποίο ένα φορτίο ίσο με ένα (1 C στο SI, 1 SGSE - μονάδα φορτίου στο σύστημα Gauss) ασκείται από μια δύναμη της οποίας το μέγεθος είναι επίσης ίσο με ένα (1 N στο SI, 1 dyne στο σύστημα Gauss). Στο σύστημα Gaussian, αυτή η μονάδα δεν έχει ειδικό όνομα. Στο SI, η μονάδα έντασης ηλεκτρικού πεδίου ονομάζεται βολτ ανά μέτρο και ορίζεται V/m (βλ. τύπο (8.5)).

Η ίδια τάση στο σύστημα Gauss είναι ίση με

Συγκρίνοντας και τα δύο αποτελέσματα, διαπιστώνουμε ότι

Σύμφωνα με το σημείο 5.2, η δύναμη που ασκεί το φορτίο δοκιμής είναι ίση με

Είναι προφανές ότι για οποιοδήποτε σημειακό φορτίο q 1 σε σημείο πεδίου με ένταση Ε θα υπάρχει δύναμη

Αν το φορτίο q είναι θετικό, η φορά της δύναμης συμπίπτει με την κατεύθυνση του διανύσματος Ε. Στην περίπτωση αρνητικού q, οι κατευθύνσεις των διανυσμάτων F h E είναι αντίθετες.

Στην § 2 υποδεικνύεται ότι η δύναμη με την οποία ένα σύστημα φορτίων ενεργεί σε κάποιο φορτίο που δεν περιλαμβάνεται στο σύστημα είναι ίση με το διανυσματικό άθροισμα των δυνάμεων με τις οποίες κάθε ένα από τα φορτία του συστήματος ενεργεί σε ένα δεδομένο φορτίο ξεχωριστά (βλ. τύπος (2.4)). Επομένως, η ένταση πεδίου ενός συστήματος φορτίων είναι ίση με το διανυσματικό άθροισμα των εντάσεων πεδίου που θα δημιουργούσε κάθε ένα από τα φορτία του συστήματος χωριστά:

Η τελευταία πρόταση ονομάζεται αρχή της υπέρθεσης (επιβολής) ηλεκτρικών πεδίων.

Η αρχή της υπέρθεσης μας επιτρέπει να υπολογίσουμε την ένταση του πεδίου οποιουδήποτε συστήματος φορτίων. Σπάζοντας τα εκτεταμένα φορτία σε αρκετά μικρά κλάσματα dq, οποιοδήποτε σύστημα φορτίων μπορεί να μειωθεί σε μια συλλογή σημειακών χρεώσεων. Η συνεισφορά καθενός από αυτές τις χρεώσεις στο προκύπτον πεδίο υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο (5.3).

Το ηλεκτρικό πεδίο μπορεί να περιγραφεί υποδεικνύοντας για κάθε σημείο το μέγεθος και την κατεύθυνση του διανύσματος Ε. Ο συνδυασμός αυτών των διανυσμάτων σχηματίζει το πεδίο του διανύσματος έντασης ηλεκτρικού πεδίου (πρβλ. το πεδίο του διανύσματος ταχύτητας, τόμος 1, § 72 ). Το διανυσματικό πεδίο ταχύτητας μπορεί να αναπαρασταθεί πολύ καθαρά χρησιμοποιώντας γραμμές ροής. Ομοίως, το ηλεκτρικό πεδίο μπορεί να περιγραφεί χρησιμοποιώντας γραμμές τάνυσης, τις οποίες θα ονομάσουμε γραμμές E για συντομία (ονομάζονται επίσης γραμμές πεδίου). Οι γραμμές τάσης σχεδιάζονται με τέτοιο τρόπο ώστε η εφαπτομένη σε αυτές σε κάθε σημείο να συμπίπτει με την κατεύθυνση του διανύσματος Ε.

Η πυκνότητα των γραμμών επιλέγεται έτσι ώστε ο αριθμός των γραμμών που διαπερνούν μια μονάδα επιφάνειας κάθετα στις γραμμές της τοποθεσίας να είναι ίσος με την αριθμητική τιμή του διανύσματος Ε. Στη συνέχεια, από το σχέδιο των γραμμών τάσης, μπορεί κανείς να κρίνει την κατεύθυνση και μέγεθος του διανύσματος Ε σε διαφορετικά σημεία του χώρου (Εικ. 5.2).

Οι γραμμές Ε του πεδίου ενός σημειακού φορτίου είναι ένα σύνολο ακτινικών ευθειών που κατευθύνονται από το φορτίο, εάν είναι θετικό, και προς το φορτίο, εάν είναι αρνητικό (Εικ. 5.3). Οι γραμμές στηρίζονται στο φορτίο στο ένα άκρο και πηγαίνουν στο άπειρο στο άλλο. Στην πραγματικότητα, ο συνολικός αριθμός των γραμμών που τέμνουν μια σφαιρική επιφάνεια αυθαίρετης ακτίνας θα είναι ίσος με το γινόμενο της πυκνότητας των γραμμών και της επιφάνειας της σφαίρας. Σύμφωνα με τη συνθήκη, η πυκνότητα των γραμμών είναι αριθμητικά ίση. Επομένως, ο αριθμός των γραμμών είναι αριθμητικά ίσος. Το αποτέλεσμα που προκύπτει σημαίνει ότι ο αριθμός των γραμμών σε οποιαδήποτε απόσταση από το φορτίο.

Ως εκ τούτου, οι γραμμές δεν ξεκινούν ούτε τελειώνουν πουθενά εκτός από τη χρέωση. αυτοί, ξεκινώντας από ένα φορτίο, πηγαίνουν στο άπειρο (το φορτίο είναι θετικό) ή, προερχόμενοι από το άπειρο, τελειώνουν σε ένα φορτίο (το φορτίο είναι αρνητικό). Αυτή η ιδιότητα των γραμμών Ε είναι κοινή σε όλα τα ηλεκτροστατικά πεδία, δηλαδή σε πεδία που δημιουργούνται από οποιοδήποτε σύστημα σταθερών φορτίων: οι γραμμές τάσης μπορούν να ξεκινούν ή να τελειώνουν μόνο με φορτία ή να πηγαίνουν στο άπειρο.

>>Φυσική: Ένταση ηλεκτρικού πεδίου. Αρχή της υπέρθεσης πεδίου

Δεν αρκεί ο ισχυρισμός ότι υπάρχει ηλεκτρικό πεδίο. Είναι απαραίτητο να εισαχθεί ένα ποσοτικό χαρακτηριστικό του πεδίου. Μετά από αυτό, τα ηλεκτρικά πεδία μπορούν να συγκριθούν μεταξύ τους και να συνεχιστεί η μελέτη των ιδιοτήτων τους.
Ένα ηλεκτρικό πεδίο ανιχνεύεται από τις δυνάμεις που ασκούνται σε ένα φορτίο. Μπορεί να υποστηριχθεί ότι γνωρίζουμε όλα όσα χρειαζόμαστε για το πεδίο εάν γνωρίζουμε τη δύναμη που ασκεί οποιοδήποτε φορτίο σε οποιοδήποτε σημείο του πεδίου.
Επομένως, είναι απαραίτητο να εισαγάγουμε ένα χαρακτηριστικό του πεδίου, η γνώση του οποίου θα μας επιτρέψει να προσδιορίσουμε αυτή τη δύναμη.
Εάν τοποθετήσετε εναλλάξ μικρά φορτισμένα σώματα στο ίδιο σημείο του πεδίου και μετρήσετε τις δυνάμεις, θα διαπιστώσετε ότι η δύναμη που ασκεί το φορτίο από το πεδίο είναι ευθέως ανάλογη με αυτό το φορτίο. Πράγματι, αφήστε το πεδίο να δημιουργηθεί από μια σημειακή φόρτιση q 1. Σύμφωνα με το νόμο του Coulomb (14.2) για τη χρέωση q 2υπάρχει μια δύναμη ανάλογη με το φορτίο q 2. Επομένως, ο λόγος της δύναμης που ασκεί ένα φορτίο που τοποθετείται σε ένα δεδομένο σημείο του πεδίου προς αυτό το φορτίο για κάθε σημείο του πεδίου δεν εξαρτάται από το φορτίο και μπορεί να θεωρηθεί ως χαρακτηριστικό του πεδίου. Αυτό το χαρακτηριστικό ονομάζεται ένταση ηλεκτρικού πεδίου. Όπως η δύναμη, έτσι και η ένταση του πεδίου είναι διανυσματική ποσότητα; συμβολίζεται με το γράμμα . Αν ένα φορτίο που τοποθετείται σε ένα πεδίο συμβολίζεται με qαντί για q 2, τότε η τάση θα είναι ίση με:

αν σε ένα δεδομένο σημείο του χώρου διάφορα φορτισμένα σωματίδια δημιουργούν ηλεκτρικά πεδία των οποίων οι δυνάμεις κ.λπ., τότε η προκύπτουσα ισχύς πεδίου σε αυτό το σημείο είναι ίση με το άθροισμα των δυνατοτήτων αυτών των πεδίων:

Επιπλέον, η ένταση του πεδίου που δημιουργείται από ένα μεμονωμένο φορτίο προσδιορίζεται σαν να μην υπήρχαν άλλα φορτία που δημιουργούν το πεδίο.
Χάρη στην αρχή της υπέρθεσης, για να βρεθεί η ένταση πεδίου ενός συστήματος φορτισμένων σωματιδίων σε οποιοδήποτε σημείο, αρκεί να γνωρίζουμε την έκφραση (14.9) για την ένταση πεδίου ενός σημειακού φορτίου. Το σχήμα 14.8 δείχνει πώς προσδιορίζεται η ένταση του πεδίου σε ένα σημείο ΕΝΑ, που δημιουργείται από δύο σημειακές χρεώσεις q 1Και q 2, q 1 >q 2

???
1. Πώς ονομάζεται η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου;
2. Ποια είναι η ένταση πεδίου ενός σημειακού φορτίου;
3. Πώς κατευθύνεται η ένταση του πεδίου φόρτισης q 0 αν q 0>0 ? Αν q 0<0 ?
4. Πώς διατυπώνεται η αρχή της υπέρθεσης πεδίου;

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Φυσική 10η τάξη

Εάν έχετε διορθώσεις ή προτάσεις για αυτό το μάθημα,

Κάθε ηλεκτρικό φορτίο περιβάλλεται από ένα ηλεκτρικό πεδίο. Ως αποτέλεσμα μακροχρόνιας έρευνας, οι φυσικοί κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η αλληλεπίδραση των φορτισμένων σωμάτων συμβαίνει λόγω των ηλεκτρικών πεδίων που τα περιβάλλουν. Αποτελούν μια ειδική μορφή ύλης, η οποία είναι άρρηκτα συνδεδεμένη με οποιοδήποτε ηλεκτρικό φορτίο.

Η μελέτη του ηλεκτρικού πεδίου πραγματοποιείται με την εισαγωγή μικρών φορτισμένων σωμάτων σε αυτό. Αυτά τα σώματα ονομάζονται «τελή δοκιμής». Για παράδειγμα, μια φορτισμένη μπάλα φελλού χρησιμοποιείται συχνά ως δοκιμαστική φόρτιση.

Όταν εισάγουμε ένα δοκιμαστικό φορτίο στο ηλεκτρικό πεδίο ενός σώματος που έχει θετικό φορτίο, μια ελαφριά θετικά φορτισμένη σφαίρα φελλού υπό την επιρροή της θα αποκλίνει τόσο περισσότερο, όσο πιο κοντά τη φέρνουμε στο σώμα.

Όταν μετακινείτε ένα δοκιμαστικό φορτίο στο ηλεκτρικό πεδίο ενός αυθαίρετου φορτισμένου σώματος, μπορείτε εύκολα να διαπιστώσετε ότι η δύναμη που ασκείται σε αυτό θα είναι διαφορετική σε διαφορετικά σημεία.

Έτσι, όταν τοποθετούνται θετικά προς δοκιμή φορτία διαφορετικών μεγεθών q1, q2, q3, ..., qn διαδοχικά σε ένα σημείο του πεδίου, μπορεί κανείς να διαπιστώσει ότι οι δυνάμεις που δρουν σε αυτά, F1, F2, F3, ..., Fn , είναι διαφορετικά, αλλά ο λόγος της δύναμης προς το μέγεθος ενός συγκεκριμένου φορτίου για ένα τέτοιο σημείο στο πεδίο είναι αμετάβλητος:

F1/q1 = F2/q2 = F3/q3 = … = Fn/qn.

Εάν εξετάσουμε διαφορετικά σημεία του πεδίου με αυτόν τον τρόπο, θα προκύψει το ακόλουθο συμπέρασμα: για κάθε μεμονωμένο σημείο στο ηλεκτρικό πεδίο, ο λόγος του μεγέθους της δύναμης που ασκεί το φορτίο δοκιμής προς το μέγεθος ενός τέτοιου φορτίου είναι αμετάβλητος και ανεξάρτητα από το μέγεθος της δοκιμαστικής φόρτισης.

Από αυτό προκύπτει ότι το μέγεθος αυτού του λόγου χαρακτηρίζει το ηλεκτρικό πεδίο σε ένα αυθαίρετο σημείο. Η ποσότητα που μετράται από την αναλογία της δύναμης που επενεργεί σε ένα θετικό φορτίο που βρίσκεται σε αυτό το σημείο του πεδίου προς το μέγεθος του φορτίου είναι η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου:

Όπως φαίνεται από τον ορισμό του, ισούται με τη δύναμη που ασκεί μια μονάδα θετικού φορτίου που τοποθετείται σε ένα ορισμένο σημείο του πεδίου.

Μια μονάδα έντασης ηλεκτρικού πεδίου λαμβάνεται για να ενεργεί σε φορτίο ενός μεγέθους ηλεκτροστατικής μονάδας με δύναμη ενός dyne. Αυτή η μονάδα ονομάζεται μονάδα απόλυτης ηλεκτροστατικής τάσης.

Για να προσδιοριστεί η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου οποιουδήποτε σημειακού φορτίου q σε ένα αυθαίρετο σημείο στο πεδίο Α ενός δεδομένου φορτίου, που βρίσκεται σε απόσταση r1 από αυτό, είναι απαραίτητο να τοποθετήσετε ένα δοκιμαστικό φορτίο q1 σε αυτό το αυθαίρετο σημείο και να υπολογίσετε τη δύναμη Fa που δρα σε αυτό (για το κενό).

Fa = (q1q)/r21.

Αν πάρουμε τον λόγο του μεγέθους της δύναμης που επηρεάζει το φορτίο προς την τιμή του q1, τότε μπορούμε να υπολογίσουμε την ένταση του ηλεκτρικού πεδίου στο σημείο Α:

Επιπλέον, μπορείτε να βρείτε την τάση σε ένα αυθαίρετο σημείο Β. θα ισούται με:

Επομένως, η ένταση ηλεκτρικού πεδίου ενός σημειακού φορτίου σε ένα ορισμένο σημείο του πεδίου (στο κενό) θα είναι ευθέως ανάλογη με το μέγεθος του δεδομένου φορτίου και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ αυτού του φορτίου και του σημείου.

Η ένταση του πεδίου λειτουργεί ως χαρακτηριστικό της ισχύος του. Γνωρίζοντας το σε ένα αυθαίρετο σημείο στο πεδίο E, είναι εύκολο να υπολογίσουμε τη δύναμη F που ασκεί το φορτίο q σε ένα δεδομένο σημείο:

Πεδία - Η κατεύθυνση της τάσης σε κάθε συγκεκριμένο σημείο του πεδίου θα ευθυγραμμιστεί με την κατεύθυνση της δύναμης που ασκεί το θετικό φορτίο που τοποθετείται στο σημείο.

Όταν ένα πεδίο σχηματίζεται από πολλά φορτία: q1 και q2, η ένταση E σε οποιοδήποτε σημείο Α αυτού του πεδίου θα είναι ίση με το γεωμετρικό άθροισμα της έντασης E1 και E2 που δημιουργούνται σε ένα δεδομένο σημείο χωριστά από τα φορτία q1 και q2.

Η ένταση του ηλεκτρικού πεδίου σε ένα αυθαίρετο σημείο μπορεί να εμφανιστεί γραφικά χρησιμοποιώντας ένα κατευθυνόμενο τμήμα που προέρχεται από αυτό το σημείο, παρόμοια με την αναπαράσταση της δύναμης και άλλων διανυσματικών μεγεθών.

Η ηλεκτρική τάση αναφέρεται στο έργο που εκτελείται από ένα ηλεκτρικό πεδίο για τη μετακίνηση φορτίου 1 C (κουλόμπ) από ένα σημείο ενός αγωγού σε άλλο.

Πώς προκύπτει η ένταση;

Όλες οι ουσίες αποτελούνται από άτομα, τα οποία είναι ένας θετικά φορτισμένος πυρήνας γύρω από τον οποίο κυκλώνουν μικρότερα αρνητικά ηλεκτρόνια με μεγάλη ταχύτητα. Γενικά, τα άτομα είναι ουδέτερα επειδή ο αριθμός των ηλεκτρονίων ταιριάζει με τον αριθμό των πρωτονίων στον πυρήνα.

Ωστόσο, εάν ένας συγκεκριμένος αριθμός ηλεκτρονίων αφαιρεθεί από τα άτομα, θα τείνουν να έλκουν τον ίδιο αριθμό, σχηματίζοντας ένα θετικό πεδίο γύρω τους. Εάν προσθέσετε ηλεκτρόνια, τότε θα εμφανιστεί μια περίσσεια από αυτά και θα εμφανιστεί ένα αρνητικό πεδίο. Σχηματίζονται δυνατότητες - θετικές και αρνητικές.

Όταν αλληλεπιδρούν, θα προκύψει αμοιβαία έλξη.

Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά - η διαφορά δυναμικού - τόσο ισχυρότερα τα ηλεκτρόνια από το υλικό με την περίσσεια περιεκτικότητάς τους θα έλκονται στο υλικό με την έλλειψή τους. Όσο ισχυρότερο θα είναι το ηλεκτρικό πεδίο και η τάση του.

Εάν συνδέσετε δυναμικά με διαφορετικά φορτία αγωγών, τότε θα προκύψει ηλεκτρικό - μια κατευθυνόμενη κίνηση των φορέων φορτίου, που επιδιώκει να εξαλείψει τη διαφορά στα δυναμικά. Για να μετακινηθούν φορτία κατά μήκος ενός αγωγού, οι δυνάμεις του ηλεκτρικού πεδίου εκτελούν έργο, το οποίο χαρακτηρίζεται από την έννοια της ηλεκτρικής τάσης.

Σε τι μετριέται;

Θερμοκρασίες;

Τύποι τάσης

Σταθερή τάση

Η τάση στο ηλεκτρικό δίκτυο είναι σταθερή όταν υπάρχει πάντα θετικό δυναμικό στη μία πλευρά και αρνητικό δυναμικό από την άλλη. Το ηλεκτρικό σε αυτή την περίπτωση έχει μία κατεύθυνση και είναι σταθερό.

Η τάση σε ένα κύκλωμα συνεχούς ρεύματος ορίζεται ως η διαφορά δυναμικού στα άκρα του.

Όταν συνδέετε ένα φορτίο σε ένα κύκλωμα DC, είναι σημαντικό να μην ανακατεύετε τις επαφές, διαφορετικά η συσκευή μπορεί να αποτύχει. Ένα κλασικό παράδειγμα πηγής σταθερής τάσης είναι οι μπαταρίες. Τα δίκτυα χρησιμοποιούνται όταν δεν υπάρχει ανάγκη μετάδοσης ενέργειας σε μεγάλες αποστάσεις: σε όλους τους τύπους μεταφορών - από μοτοσυκλέτες σε διαστημόπλοια, σε στρατιωτικό εξοπλισμό, ηλεκτρική ενέργεια και τηλεπικοινωνίες, για παροχή ρεύματος έκτακτης ανάγκης, στη βιομηχανία (ηλεκτρόλυση, τήξη σε καμίνους ηλεκτρικού τόξου κ.λπ.) .

AC τάση

Εάν αλλάζετε περιοδικά την πολικότητα των δυναμικών, ή τα μετακινείτε στο διάστημα, τότε το ηλεκτρικό θα ορμήσει προς την αντίθετη κατεύθυνση. Ο αριθμός τέτοιων αλλαγών στην κατεύθυνση σε ένα ορισμένο χρονικό διάστημα φαίνεται από ένα χαρακτηριστικό που ονομάζεται συχνότητα. Για παράδειγμα, το πρότυπο 50 σημαίνει ότι η πολικότητα της τάσης στο δίκτυο αλλάζει 50 φορές το δευτερόλεπτο.

Η τάση στα ηλεκτρικά δίκτυα AC είναι μια συνάρτηση χρόνου.

Ο νόμος των ημιτονοειδών ταλαντώσεων χρησιμοποιείται συχνότερα.

Αυτό συμβαίνει λόγω αυτού που συμβαίνει στο πηνίο των ασύγχρονων κινητήρων λόγω της περιστροφής ενός ηλεκτρομαγνήτη γύρω από αυτό. Εάν επεκτείνετε την περιστροφή στο χρόνο, θα έχετε ένα ημιτονοειδές.

Αποτελείται από τέσσερα καλώδια - τριφασικό και ένα ουδέτερο. η τάση μεταξύ του ουδέτερου και του καλωδίου φάσης είναι 220 V και ονομάζεται φάση. Μεταξύ των τάσεων φάσης υπάρχουν επίσης, που ονομάζονται γραμμικές και ίσες με 380 V (διαφορά δυναμικού μεταξύ δύο καλωδίων φάσης). Ανάλογα με τον τύπο σύνδεσης σε ένα τριφασικό δίκτυο, μπορείτε να λάβετε είτε τάση φάσης είτε γραμμική τάση.