Электрическое поле и его основные характеристики

В пространстве вокруг заряженного тела существует электрическое поле (один из видов материи), обладающее запасом электрической энергии. Эта энергия проявляется в виде электрических сил, действующих на находящиеся в поле заряженные частицы (рис. 1.3.а).

Условно электрическое поле изображают в виде электрических силовых линий, которые показывают направление действия электрических сил, создаваемых полем. Принято направлять силовые линии в ту сторону, в которую бы двигалась в поле положительно заряженная частица.

Поле, созданное двумя плоскими разноимённо заряженными параллельными пластинами (рис. 1.3.а), называется однородным. Графически такое поле изображается параллельными прямыми линиями с одинаковым расстоянием между линиями.

Рисунок 1.3. Простейшее электрическое поле: (а) однородное и (б) неоднородное электрическое поле  

а) б)

1.4. Простейшее электрическое поле (а) двух разноимённых зарядов и (б) двух одноимённых зарядов  

а) б)

Если по мере удаления от заряженного тела силовые линии электрического поля располагаются реже, т.е. напряжённость поля уменьшается, то это поле – неоднородное (рис. 1.3.б).

При взаимодействии электрических зарядов (электрически заряженных тел) между ними возникают электрические силы притяжения или отталкивания. Одноимённые заряды отталкиваются (рис. 1.4. б), разноимённые – притягиваются (рис. 1.4.а).

Параметры электрического поля:

1. Напряженность поля (Е, единицы измерения: В/м – вольт на метр, В/см – вольт на см) - характеризует интенсивность электрического поля, т.е. его способность притягивать или отталкивать некоторый электрический заряд q, принятый за единицу.

Поле с большой напряжённостью Е изображается силовыми линиями большой густоты, с малой напряжённостью – редко расположенными силовыми линиями. По мере удаления от заряженного тела силовые линии электрического поля располагаются реже, т.е. напряжённость поля уменьшается (рис. 1.5). Только в однородном электрическом поле значение напряжённости одно и то же в любой его точке.

Под напряжённостью понимают отношение силы F, действующей на заряженное тело, к заряду q этого тела. E=F/q

Напряжённость в однородном поле – это отношение электрического напряжения, действующего между двумя точками поля, к расстоянию ℓ между этими точками. Е=U/ℓ

2. Электрическое поле обладаетзапасом энергии, т.е. способностью совершать работу.

Например:

Сожмём пружину. Тем самым накопим запас энергии. Если затем освободить один из концов пружины, то он сможет переместить на некоторое расстояние связанное с этим концом тело.

Рисунок 1.5. Схема действия электрического поля на внесённый в него электрический заряд q

Точно так же энергия электрического тела реализуется, если внести в него какой-либо заряд. Под действием сил поля этот заряд будет перемещаться по направлению силовых линий, совершая определённую работу.

Электрический потенциал (φ) характеризует энергию, запасённую в каждой точке поля. Единицы измерения: В -вольт, киловольт (тысячи вольт), милливольт (тысячная вольта), микровольт (миллионная вольта).

Электрический потенциал поля в данной точке равен работе, которую могут совершить силы этого поля при перемещении единицы заряда из этой точки за пределы поля (рис.1.6).

Рисунок 1.6.

Разность потенциалов между точками А и Б электрического поля определяет работу, затраченную на перемещение заряда q между этими точками.

ℓ – расстояние между точками А и Б.

Например:

Для подъёма локомотива в точку Б (рис. 1.7) нужно затратить гораздо большую работу, чем для подъёма его в точку А.

За нулевой уровень (точку отсчёта высоты) обычно принимают уровень моря.

За нулевой потенциал в этом примере условно принят потенциал поверхности земли.

Рис. 1.7. Разность уровней в поле земного тяготения

3. Различные точки электрического поля обладают разными потенциалами.

На практике нас не интересуют абсолютные высоты Н₁ и Н₂ точек А и Б над уровнем моря, важнее знать разность уровней Н между этими точками, т.к. на подъём локомотива из точки А в точку Б надо затратить работу, зависящую от величины Н.

Разность потенциалов φ₁ и φ₂ двух точек поля характеризует собой работу W, затрачиваемую силами поля на перемещение единичного заряда q из одной точки поля с большим потенциалом в другую точку с меньшим потенциалом. Разность потенциалов φ₁ и φ₂ между двумя точками поля называется электрическим напряжением U. Единицы измерения: В -вольт, киловольт (тысячи вольт), милливольт (тысячная вольта), микровольт (миллионная вольта). U=W/q

Следовательно, напряжение U, действующее между различными точками электрического поля, характеризует запасённую в этом поле энергию, которая может быть отдана путём перемещения между этими точками электрических зарядов.

Контрольные вопросы

1. Что такое электрическое поле?

2. Что такое однородное поле?

3. Что такое неоднородное поле?

4. Как графически изображается электрическое однородное поле?

5. Как графически изображается электрическое неоднородное поле?

6. Что обозначают стрелки на силовых линиях поля?

7. Какие заряды притягиваются?

8. Какие заряды отталкиваются?

9. Дайте определение напряжённости электрического поля.

10. За нулевой потенциал условно принят …..

11. Дайте определение электрического потенциала.

12. Дайте определение электрического напряжения.

13. Назовите единицы измерения электрического напряжения.

14. Какое поле существует в пространстве вокруг заряженного тела?

15. В какую сторону принято направлять силовые линии электрических сил?

Дата добавления: 2015-05-06