Электростатическое поле.

Министерство образования и науки РФ

Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет

Кафедра Вычислительной техники и

Защиты информации.

Реферат

Электрическое поле

Выполнил:

Студент ФИРТ

группы ЗИ-225

Проверила:

доцент, к.т.н.

Машкина И.В.

Уфа 2004

Содержание

1. Электрический заряд……………………………………………3

2. Закон Кулона…………………………………………………….5

3. Электростатическое поле……………………………………….7

4. Напряжённость поля…………………………………………….8

5. Применение теоремы Гаусса……………………………….…11

6. Проводники в электростатическом поле……………………..12

7. Разность потенциалов………………………………………….13

8. Поле движущегося заряда……………………………………..

   .15

9. Вихревое электрическое поле…………………………………16

10. Работа вихревого электрического поля……………………17

11. Токи Фуко……………………………………………………18

12. Ферриты……………………………………………………..18

13. Заключение………………………………………………….19

14. Список используемой литературы…………………………20

Электрическое поле создается электрическими зарядами или заряженными телами, а также действует на эти объекты независимо от того, движутся они или неподвижны.

Электрическое поле подразделяется по принципу образования:

Электрическое поле

Образовано неподвижными в данной системе отсчета телами и частицами, то их взаимодействие

осуществляется посредством электростатиче­ского поля.

Образовано движущимися частицами.

Вихревое электрическое поле.

.

Электростатика – раздел физики, изучающий электрические поля неподвижных зарядов (заряженных тел).

Электрический заряд

Все тела в природе способны электризоваться, т.е. приобретать заряд. Наличие электрического заряда проявляется в том, что заряженное тело взаимодействует с другими заряженными телами. Имеется два вида электрических зарядов, условно называемых положительными и отрицательными. Заряды одного знака отталкиваются, а разных знаков – притягиваются друг другом. Заряд всех элементарных частиц одинаков по абсолютной величине. Его можно назвать элементарным зарядом. Положительный элементарный заряд обозначается буквой е.

Элементарный заряд

электрон (несущий отрицательный заряд –e)

Протон (несущий положительный заряд +е)

нейтрон (заряд которого равен нулю)

Из этих частиц построены атомы и молекулы любого вещества, поэтому электрические заряды входят в состав всех тел.

Обычно частицы, несущие заряды разных знаков, присутствуют в равных количествах и распределены в теле с одинаковой плотностью.

Поскольку всякий заряд q образуется совокупностью элементарных зарядов, он является целым кратным е:

q= + Ne.

(формула №1)

Однако элементарный заряд настолько мал, что возможную величину макроскопических зарядов можно считать изменяющейся непрерывно. Величина заряда измеряемая в разных инерциальных системах отсчёта, оказывается одинаковой. Следовательно, электрический заряд является релятивистскии инвариантным. Отсюда вытекает, что величина заряда не зависит от того, движется этот заряд или покоится.

Электрические заряды могу исчезать и возникать вновь. Однако всегда возникают или исчезают два элементарных заряда противоположных знаков. Например,

Электрон

Позитрон (положительный электрон)

Нейтральные гамма-фотоны

+ =

При этом исчезают заряды –е и +е. В ходе процесса, называемого рождением пары, гамма-фотон, попадая в поле атомного ядра, превращается в пару частиц – электрон и ряды –е и +е.

Таким образом, суммарный заряд электрически изолированной системы не может изменяться. Это утверждение носит название закона сохранения электрического заряда.

Данный закон тесно связан с релятивистской инвариантностью заряда. Действительно, если бы величина заряда зависела бы от его скорости, то, приведя в движение заряды одного какого-то знака, мы изменили бы суммарный заряд изолированной системы.

Линии напряженности для разных видов зарядов.

Закон Кулона.

Закон Кулона – это закон, без которого дальнейшее рассмотрение электрических полей не имеет смысла.

Он был установлен в 1785 году Кулоном.

Точечным зарядом называется заряженное тело, размерами которого можно пренебречь по сравнению с расстояниями от этого тела до других тел, несущих электрический заряд.

Опыты Кулона привели к установлению закона, напоминающего закон всемирного тяготения.

Закон Кулона:

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обрат­но пропорциональна квадрату расстояния между ними. Эту силу называют кулоновской.

Кулоновская сила – это электрическая сила подчиняющаяся закону Кулона и направленная по прямой соединяющей заряды.

Если обозначить модули зарядов через   и , то закон Кулона можно записать в следующей форме:

Здесь k — коэффициент пропорциональности, значение ко­торого зависит от выбора единиц электрического заряда,

. Используя систему единиц СИ, этот коэффициент часто записывают в виде: , где  — электрическая постоянная.

Условия применимости формулы

 

Для точечных неподвижных заряженных тел в вакууме

для шаров, радиусы которых соизмеримы с расстояниями между их центрами (заряды распределены равномерно).

Электростатическое поле – вид материи, осуществляющий взаимодействие между электрически заряженными частицами. Всякий заряд изменяет свойства окружающего его пространства – создаёт в нём электрическое поле. Это поле проявляет себя в том, что помещённый в какую – либо точку электрический заряд оказывается под действием силы. Следовательно, для того чтобы выяснить, имеется ли в данном месте электрическое поле, нужно поместить туда заряженное тело и установить, испытывает оно действие электрической силы или нет.

По величине силы, действующей на даны заряд, можно, очевидно, судить об “интенсивности” поля.

Основные характеристики электрического поля

Напряжённость

Потенциал

Итак, для обнаружения и исследования электрического поля нужно воспользоваться некоторым “пробным” зарядом. Для того чтобы сила, действующая на пробный заряд, характеризовала поле “в данной точке”, пробный заряд должен быть точечным. В противном случае сила, действующая на заряд, будет характеризовать свойства поля, усредненные по объему, занимаемому телом, которое несет на себе пробный заряд.

Физика — 11

 

1.9.	ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ. ЭДС ИНДУКЦИИ В ПРОВОДНИКАХ, ДВИЖУЩИХСЯ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

• ВСПОМНИТЕ ПРОЙДЕННОЕ • Физика-8 и 9

• Упорядоченное движение заряженных частиц называется электрическим током. Для существования непрерывного электрического тока в проводнике необходимо выполнение следующих условий: наличие в проводнике заряженных частиц (носителей заряда), способных свободно перемещаться по проводнику; действие электрической силы, способной перемещать эти частицы в определенном направлении; проводник (цепь, состоящая из проводников), по которому проходит электрический ток, должен быть замкнутым. За направление электрического тока условно принято направление вектора напряженности электрического поля внутри проводника.

• За направление электрического тока принято направление движения положительных зарядов (против направления движения свободных электронов).

Зависимость силы тока в данном проводнике от напряжения на его концах проводника и от его сопротивления выражается законом Ома для участка цепи постоянного тока.

• Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению:

I = U
R.

Индукционный ток, как и любой другой, создается электрическим полем.

• Существование переменного магнитного поля всегда сопровождается появлением в окружающем пространстве вихревого электрического поля. Именно вихревое электрическое поле (а не переменное магнитное) действует на свободные электроны в замкнутом контуре и способствует возникновению индукционного тока в нем.

Вихревое электрическое поле существенно отличается от электростатического:

1. Электростатическое поле создается покоящимися зарядами, а вихревое электрическое переменным магнитным полем;
2. Линии напряженности электростатического поля не замкнуты: они начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных зарядах. Линии напряженности вихревого электрического поля не имеют ни начала, ни конца, они замкнуты как линии индукции магнитного поля.

■

На каком явлении основана эта технология? Одним из современных видов общественного транспорта является поезд на воздушной подушке, движущийся в подвешенном состоянии левитации — без непосредственного контакта с дорогой. Вместо колес шасси этого поезда, называемого МагЛев, оснащено электромагнитной опорой и направляющими магнитами. Железная дорога состоит из проводящего рельса Т-образной формы, оснащенного электромагнитом, создающим мощный индукционный ток. Такой поезд, испытания которого проводились в Японии вблизи города Фудзияма, показал рекордную скорость 603 км ч. На рисунке показана упрощенная схема МагЛева (a).

Понимание электрических и магнитных полей

Меры безопасности и воздействие ЭМП

Международные и национальные ученые провели обширные исследования воздействия ЭМП и безопасности. Результаты этого исследования были оценены авторитетными международными и национальными научными и общественными организациями и учреждениями здравоохранения. Компания полагается на оценки этих организаций и агентств при оценке потенциальных рисков. Все предлагаемые нами объекты электропередачи соответствуют правилам, нормам и стандартам для воздействия электромагнитного поля, чтобы обеспечить безопасное и надежное электроснабжение.

Воздействие электрических и магнитных полей (ЭМП)

ЭМП возникают везде, где есть электричество. Большинство электромагнитных полей, присутствующих в домах, имеют частоту промышленной частоты (60 герц), которая относится к категории крайне низких частот (ELF). Обычными источниками электрических и магнитных полей в доме являются бытовые приборы, телевизоры, компьютеры и стандартная электропроводка. Все, что имеет напряжение, имеет электрическое поле ELF. Когда устройство включено, протекает электрический ток, который также создает магнитное поле СНЧ.

Электрические  поля вблизи наружных линий электропередач обычно сильнее, чем в домах, потому что они имеют более высокое напряжение, чем бытовые источники или приборы/устройства. С другой стороны, магнитные поля вокруг электроприборов в домах могут быть такими же высокими или выше, чем магнитные поля вблизи наружных линий электропередач. Поскольку электромагнитные поля значительно уменьшаются по мере удаления от источника, воздействие ЭМП от линий электропередач значительно уменьшается при удалении от проводов, включая высоту опор или столбов, по которым проходят воздушные линии электропередач и распределительные линии. Электрические поля линий электропередачи, но не магнитные поля, также экранируются деревьями и домами, так что они еще больше уменьшаются внутри домов и зданий.

Дома

На приведенной ниже диаграмме показано, как уменьшается воздействие магнитного поля с увеличением расстояния от типичных источников электричества в доме.

Измерения в миллигауссах

	1,2 дюйма	12 дюймов	36 дюймов
Микроволновая печь	от 750 до 2000	от 40 до 80	от 3 до 8
Стиральная машина	8 до 400	от 2 до 30	от 0,1 до 2
Электрическая плита	от 60 до 2000	от 4 до 40	от 0,1 до 1
Компактная люминесцентная лампа	от 0 до 32,8	от 0 до 0,1	0
Фен	от 60 до 20 000	от 1 до 70	от 0,1 до 3
ЖК/плазменный телевизор	от 1,1 до 73,6	от 0 до 2,5	от 0 до 2,2

Источник: адаптировано из Gauger 1985 и EPRI Appliance Measurements Study 2010
 

Дома

На этой диаграмме показаны типичные значения магнитных полей вокруг линий распределения и передачи.

Максимальные значения могут быть ниже для некоторых коммунальных услуг
 

Распределительные линии	от 1 до 80 мГс по линии
Линии электропередач	от 1 до 300 мГс край полосы отчуждения

Электрические поля

Электрические поля
Далее: Примеры работы Вверх: Электричество Предыдущий: Закон Кулона По закону Кулона заряд действует на второй заряд с силой а наоборот даже в вакууме. Но как эта сила передается через пустое пространство? Чтобы ответить на этот вопрос, физики 19-го века разработал концепцию электрическое поле . Идея заключается в следующем. заряд создает электрическое поле который заполняет пространство. Электростатическая сила, действующая на второй заряд, фактически создается локально электрическое поле в месте расположения этого заряда в соответствии с законом Кулона. Точно так же заряд генерирует свой собственное электрическое поле который также заполняет пространство. Равная и противоположная реакция сила, действующая на объект, создается локально электрическим полем в положение этого заряда, опять же, в соответствии с законом Кулона. Конечно, электрическое поле. не может воздействовать на заряд, который его генерирует, точно так же, как мы не можем подняться собственными шнурками. Между прочим, электрические поля имеют реальное физическое существование, а не просто теоретические конструкции, придуманные физиками, чтобы обойти проблема передачи электростатического сил через вакуум. Мы можем сказать это с уверенностью, потому что, как мы увидим позже, существует энергия связана с электрическое поле, заполняющее пространство. Действительно, эту энергию можно преобразовать в тепло или работа, и наоборот .

Электрическое поле генерируемое набором фиксированных электрических зарядов, представляет собой векторное поле, которое определяется следующим образом. Если представляет собой электростатическую силу, испытываемую некоторыми небольшими положительными пробный заряд, находящийся в определенной точке пространства, то электрическое поле при эта точка представляет собой просто силу, деленную на величину испытания обвинение. Другими словами,

(62)

Электрическое поле имеет размерность силы на единицу заряда, и единиц ньютонов на кулон ( ). Кстати, причина что мы указываем маленькое, а не большое, тестовый заряд, чтобы не мешать любому из фиксированные платежи которые генерируют электрическое поле.

Воспользуемся приведенным выше правилом для восстановления электрического поля, создаваемого точечный заряд. По закону Кулона электростатическая сила Воздействие точечного заряда на положительный пробный заряд, расположенный на расстоянии от него имеет величину

(63)

и направлен радиально от бывшего заряда, если , и радиально к нему, если . Таким образом, электрическое поле на расстоянии вдали от заряда имеет величину

(64)

и направлен радиально от заряда, если , и радиально навстречу плата, если . Заметим, что поле не зависит от величины испытательного заряда.

Следствием приведенного выше определения электрического поля является то, что стационарный заряд находящийся в электрическом поле испытывает электростатическую силу

(65)

где электрическое поле в месте расположения заряда (без учета поля, создаваемого самим зарядом).

Так как электростатические силы суперпозитивны, то и электрические поля суперпозитивны. Например, если у нас есть три стационарных точечные заряды , , и , расположенные в трех разных точках пространства, тогда чистое электрическое поле, которое заполняет пространство, представляет собой просто векторную сумму полей, создаваемых каждым точечным зарядом, взятым отдельно.