Как создается электрическое поле

В данной статье мы рассмотрим основные понятия и свойства электрического поля, его взаимодействие с зарядами, а также применение этого явления в технике и медицине.

Электрическое поле: определение, свойства и влияние на окружающую среду обновлено: 13 декабря, 2023 автором: Научные Статьи.Ру

Помощь в написании работы

Добро пожаловать на лекцию по электрическому полю! В мире, где электричество играет огромную роль в нашей повседневной жизни, понимание электрического поля является важным для студентов медицинских специальностей. В этой лекции мы рассмотрим основные понятия и свойства электрического поля, а также его применение в технике и медицине.

Нужна помощь в написании работы?

Написание учебной работы за 1 день от 100 рублей. Посмотрите отзывы наших клиентов и узнайте стоимость вашей работы.

Электроемкость и конденсатор

Электроемкость – количественная мера способности проводника удерживать заряд.

Простейшие способы разделение разноименных электрических зарядов – электризация и электростатическая индукция – позволяют получить на поверхности тел не большое количество свободных электрических зарядов. Для накопления значительных количеств разноименных электрических зарядов применяются конденсаторы.

Конденсатор – это система из двух проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Так, например, две плоские металлические пластины, расположенные параллельно и разделенные слоем диэлектрика, образуют плоский конденсатор.

Если пластинам плоского конденсатора сообщить равные по модулю заряды противоположного знака, то напряженность электрического поля между пластинами будет в два раза больше, чем напряженность поля у одной пластины. Вне пластин напряженность электрического поля равна нулю, т. к. равные заряды разного знака на двух пластинах создают вне пластин электрические поля, напряженности которых равны по модулю, но противоположны по направлению.

Электрический ток

Это направленное движение заряженных частиц. В металлах носителями тока являются свободные электроны, в электролитах – отрицательные и положительные ионы, в полупроводниках – электроны и дырки, в газах – ионы и электроны. Количественной характеристикой тока является сила тока.

Источниками могут служить – гальванический элемент(происходят хим. реакции и внутренняя энергия, превращается в электрическую) и аккумулятор(для зарядки через него пропускают постоянный ток, в результате химической реакции один электрод становиться положительно заряженным, другой – отрицательно.

Действия электрического тока: тепловое, химическое, магнитное.

Направление электрического тока: от + к –

Направленное движение заряженных частиц

Демонстрация электрического поля на султанах

Направленное движение заряженных частиц

Поэтому достаточным условием для существования тока является наличие электрического поля и свободных носителей заряда. О наличии тока можно судить по явлениям, которые его сопровождают: Проводник, по которому течет ток, нагревается. Электрический ток может изменять химический состав проводника.

Силовое воздействие на соседние точки и намагниченные тела.

При существовании электрического поля внутри проводника, на концах его существует разность потенциалов. Если она не меняется, то в проводнике устанавливается постоянный электрический ток.

Кулоновская сила

Концепция Кулона характеризует взаимодействие между двумя зарядами, пребывающими в состоянии покоя. Она гласит: два недвижимых заряда отталкивают либо притягивают один другого с силой, которая прямо пропорциональна произведению величин зарядов, но обратна длине расстояния между этими зарядами во второй степени. Вместе с этим, сила взаимодействия пары зарядов не может измениться при присутствии третьего.

С помощью кулоновского принципа естествоиспытатель может отыскать состояние равновесия в ситуации свободного перемещения зарядов под воздействием силы другого типа, при котором заряды будут распределяться с постоянным коэффициентом. Сила Кулона предопределена третьим законом Ньютона, который утверждает, что заряды воздействуют один на другого с силами, которые равны по модулям, но противоположны по направлениям.

Суперпозиция полей

Закон Кулона и все вытекающие из него утверждения являются лишь основой для другого, более масштабного принципа – закона суперпозиции. Исходя из этого фундаментального утверждения, силы, которые действуют на заряды, каждый из которых располагается в конкретной точке объединённой системы, являют собой сумму сил, имеющих строгое направление и формируемых отдельными группами зарядов по отдельности и влияющих на заряды в конкретных точках.

Принцип суперпозиции полей

В отличие от закона Кулона, принцип суперпозиции может быть недостаточным в рамках некоторых квантовых явлений в электрическом поле.

Теория близкодействия

Согласно теории близкодействия, электрические заряды передают свои взаимодействия с помощью особых вещественных частиц-посредников и производятся с конечной скоростью.

Основателями теории близкодействия в классической физике являются философ и физик Рене Декарт и естествоиспытатель Майкл Фарадей. В рамках данной концепции принято считать, что частицы, которые являются посредниками в процессе передачи взаимодействий, движутся со строго определённой скоростью, которая стремится к скорости света.

Переносчиками, или телами-посредниками, которые передают взаимодействие зарядов, являются кванты электрического поля, движущиеся со скоростью света.

Теория близкодействия

Сила тока

Сила тока – отношение заряда, пронесенного через поперечное сечение проводника за интервал времени, к этому интервалу времени.

Сила тока, как и заряд, величина скалярная. Она может быть как положительной, так и отрицательной. За положительное направление силы тока принято движение положительных зарядов. Если с течением времени сила тока не меняется, то ток называется постоянным .

Электродвижущая сила

Для того, чтобы в проводнике существовал электрический ток длительное время, необходимо поддерживать неизменными условия, при которых возникает электрический ток.

Во внешней цепи электрические заряды движутся под действием сил электрического поля. Но, чтобы поддерживать разность потенциалов на концах внешней цепи, необходимо перемещать электрические заряды внутри источника тока против сил электрического поля. Такое перемещение может осуществляться только под действием сил неэлектростатической природы.

Силы, вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника постоянного тока против направления действия сил электростатического поля, называются сторонними силами. Сторонние силы в гальваническом элементе или аккумуляторе возникают в результате электрохимических процессов, происходящих на границе раздела электрод – электролит. В машине постоянного тока сторонней силой является сила Лоренца.

Последовательное и параллельное соединение проводников

Проводники в электрических цепях постоянного тока могут соединяться последовательно и параллельно.

При последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений, все проводники включают в цепь поочередно друг за другом.

Сила тока во всех проводниках одинакова, так как в проводниках электрический заряд не накапливается и через поперечное сечение проводника за определенное время проходит один и тот же заряд.

При последовательном соединении проводников их общее электрическое сопротивление равно сумме электрических сопротивлений всех проводников.

При параллельном соединении электрическая цепь имеет разветвления (точку разветвления называют узлом). Начала и концы проводников имеют общие точки подключения к источнику тока.

При этом напряжение на всех проводниках одинаково. Сила тока равна сумме сил токов во всех параллельно включенных проводниках, так как в узле электрический заряд не накапливается, поступающий за единицу времени в узел заряд равен заряду, уходящему из узла за то же время.

Соединение источников тока

Соединение источников тока

Соединение источников тока

Химические источники э. д. с. (аккумуляторы, элементы) включаются между собой последовательно, параллельно и смешанно.

Последовательное соединение источников э. д. с. На рисунке представлены три соединенных между собой аккумулятора. Такое соединение аккумуляторов, когда минус каждого предыдущего источника соединен с плюсом последующего источника, называется последовательным соединением. Группа соединенных между собой аккумуляторов или элементов называется батареей.

Понятие электрического поля и его применение в ЭЭР

Электрическое поле – это физическое поле, окружающее каждый электрический заряд и оказывающее силовое воздействие на все другие заряды.

Основные свойства электрического поля:

  1. Электрическое поле материально, то есть оно существует независимо от знаний человека.
  2. Электрическое поле создается электрическими зарядами.
  3. Электрическое поле обнаруживается благодаря взаимодействию заряженных тел.
  4. Электрическое поле действует на электрические заряды с некоторой силой.
  5. Электрическое поле невидимо, но может быть обнаружено при помощи специальных приборов.
  6. Электрическое поле — составляющая единого электромагнитного поля.
  7. Для количественного определения вводится силовая характеристика — напряженность электрического поля.

Получи помощь с рефератом от ИИ-шки
ИИ ответит за 2 минуты
Определение 2

Напряженность электрического поля – это физическая величина, равная отношению силы, с которой поле действует на пробный положительный заряд, к величине этого заряда.

К важным параметрам электрического поля относятся напряжение и потенциал. Потенциал представляет собой отношение потенциальной энергии заряженного тела в электростатическом поле к величине данного заряда и является энергетической характеристикой электрического поля. Электроны и прочие элементарные частицы всегда осуществляют свое движение от точки, которая обладает более высоким потенциалом, к точкам с более низким, при этом часть энергии затрачивается на перемещение. Для того, чтобы поддерживать упорядоченное движение заряженных тел, на концах проводника должна поддерживаться разница потенциалов — напряжение. Чем больше данная разница, тем мощнее электрический ток на участке. Задача по поддержанию необходимой разницы потенциалов решается источниками энергии.

Начинай год правильно
Выигрывай призы на сумму 400 000 ₽

Применение электрического поля в электротехнике

Сфера применения электрического поля достаточно широка, основными из направлений являются:

  • Медицина.
  • Химия.
  • Электротехника.

Влияние электрического поля на некоторые участки человеческого тела способствуют повышению его температуры. Данное явление нашло свое применение в медицине. Специальные аппараты оказывают воздействие электрическим полем на участки тела человека, что в свою очередь становится причиной улучшения кровообращения и ускорения заживления тканей. В химической промышленности свойства электрического поля используются для разделения жидкостей. В частности, при воздействии электрического поля нефть очищается от загрязняющих компонентов. Также оно может быть использовано для обработки в процессе фильтрации воды, что значительно дешевле, чем применение сменных картриджей.

Благодаря электрическому полю был разработан способ беспроводной передачи электричества от источника потребителю. В настоящее время уже есть технология, позволяющая заряжать мобильные телефоны, без использования гибкого кабеля, который вставляется в специальный разъем телефона. Однако, пока он не позволяет передавать электроэнергию на значительное расстояние.

При выполнении разнообразных электромонтажных работ используется индикаторная светодиодная отвертка, функционирующая на основе схемы полевого транзистора. Одна из ее функции заключается в реагировании на электрическое поле. При приближении пробника к фазному проводу индикатор начинает светиться, а фактического касания с токопроводящей жилой не происходит, она способна реагировать на поле даже сквозь изоляцию. Это позволяет обнаруживать токопроводящие провода в стенах и определять точки разрыва.

Еще одним применением электрического поля в электротехнике является разработка МДП-транзисторов. Принцип их работы основывается на изменении проводимости благодаря воздействию электрического поля на полупроводник. Во всех современных электронных приборах имеется составляющая, которая функционирует благодаря электрическому полю — конденсатор. В данном устройстве заряды удерживаются на обкладках, разделенных диэлектриком, благодаря электрическому полю.

В некоторых случаях свойства электрического поля бывает необходимо нейтрализовать, так как оно способно электризовать предметы, оказавшиеся в зоне его действия, тем самым создавая препятствия для нормальной работы радиоэлектронной аппаратуры. Накопленное статическое электричество часто является причиной выхода из строя полевых транзисторов и интегральных микросхем.

Отдаленными перспективами использования электрического поля являются создание коммуникаций быстрее скорости света, перемещение между червоточинами, а также телепортация физических объектов

Электрическое поле точечного заряда

Электрическое поле точечного заряда – это область пространства, в которой проявляются электрические силы, вызванные этим зарядом. Точечный заряд представляет собой источник электрического поля, которое распространяется вокруг него.

Заряды могут быть положительными или отрицательными. Положительный заряд создает электрическое поле, направленное от него, а отрицательный заряд создает поле, направленное к нему.

Сила, с которой электрическое поле действует на другой заряд, называется электрической силой. Величина этой силы зависит от величины заряда и расстояния между зарядами.

Закон Кулона описывает взаимодействие между двумя точечными зарядами. Он гласит, что электрическая сила пропорциональна произведению величин зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними:

Формула закона Кулона:

F = k * (|q1| * |q2|) / r^2

где F – электрическая сила, q1 и q2 – величины зарядов, r – расстояние между зарядами, k – постоянная пропорциональности, называемая постоянной Кулона.

Электрическое поле точечного заряда можно представить с помощью силовых линий. Силовые линии выходят из положительного заряда и входят в отрицательный заряд. Вблизи зарядов силовые линии становятся плотнее и сильнее изогнутыми.

Понимание электрического поля точечного заряда важно для понимания взаимодействия зарядов и применения электрического поля в различных областях, таких как электроника, электромедицина и электростатика.

Электрическое поле системы зарядов

Электрическое поле системы зарядов – это область пространства, в которой действуют электрические силы, создаваемые зарядами системы. Каждый заряд в системе создает свое собственное электрическое поле, и общее электрическое поле системы зарядов является суммой этих полей.

Для определения электрического поля системы зарядов используется принцип суперпозиции. Согласно этому принципу, электрическое поле в точке, вызванное системой зарядов, равно векторной сумме электрических полей, создаваемых каждым отдельным зарядом в этой точке.

Для вычисления электрического поля системы зарядов можно использовать закон Кулона и принцип суперпозиции. Закон Кулона позволяет определить силу взаимодействия между двумя зарядами, а принцип суперпозиции позволяет найти суммарное электрическое поле в точке, вызванное всей системой зарядов.

Электрическое поле системы зарядов может быть использовано для анализа и предсказания поведения зарядов в системе. Оно играет важную роль в различных областях, таких как электроника, электромедицина и электростатика.

Понятие напряженности электрического поля

Даже в таком простом примере вычисления могут быть достаточно громоздкими. Упростить математические расчеты позволяет теорема Гаусса, которая выражает фундаментальное свойство электрического поля.

Напряженность электрического поля

Рисунок 1 . 2 . 4 . Модель электрического поля точечных зарядов.

Напряженность электрического поля

Рисунок 1 . 2 . 5 . Модель движения заряда в электрическом поле.

Понятие о диполях

Определение 5

Электрический диполь – это система из двух одинаковых по модулю зарядов, которые отличаются знаками и расположены на некотором расстоянии друг от друга.

Эта система может послужить нам хорошим примером применения принципа суперпозиции полей, а также электрической моделью многих молекул.

Рисунок 1 . 2 . 6 . Силовые линии поля электрического диполя E → = E 1 → + E 2 → .

Дипольный момент p → является одной из наиболее важных характеристик электрического диполя:

где l → – вектор, направленный от отрицательного заряда к положительному, модуль l → = l .

Электрическим дипольным моментом обладает, например, нейтральная молекула воды ( H 2 O ) , так как центры двух атомов водорода располагаются не на одной прямой с центром атома кислорода, а под углом 105 ° . Дипольный момент молекулы воды p = 6 , 2 · 10 – 30 К л · м .

Рисунок 1 . 2 . 7 . Дипольный момент молекулы воды.

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий