Электрическое поле — Класс!ная физика

Подробности

Обновлено 13.08.2018 18:52

Просмотров: 554

«Физика — 10 класс»

В какой теории — дальнодействия или близкодействия — более полно выражается идея материальной связи явлений и объектов?

После длительной борьбы теория близкодействия одержала окончательную победу. Расскажем кратко, как это произошло, а также напомним, что такое электрическое поле.

Идеи Фарадея.

Решительный поворот к представлению о близкодействии был сделан великим английским учёным Майклом Фарадеем, а окончательно завершён английским учёным Джеймсом Максвеллом.

По теории дальнодействия один заряд непосредственно чувствует присутствие другого. При перемещении одного из зарядов, например А (рис. 14.8), сила, действующая на другой заряд — В, мгновенно изменяет своё значение. Причём ни с самим зарядом В, ни с окружающим его пространством никаких изменений не происходит.

Согласно идее Фарадея электрические заряды не действуют друг на друга непосредственно. Каждый из них создаёт в окружающем пространстве электрическое поле.

Поле одного заряда действует на другой заряд, и наоборот. По мере удаления от заряда поле ослабевает. Первоначально эта идея выражала лишь уверенность Фарадея в том, что действие одного тела на другое через пустоту невозможно.

Доказательств существования поля не было. Такие доказательства и нельзя получить, исследуя лишь взаимодействие неподвижных зарядов. Успех к теории близкодействия пришёл после изучения электромагнитных взаимодействий движущихся заряженных частиц. Вначале было доказано существование переменных во времени полей и только после этого был сделан вывод о реальности электрического поля неподвижных зарядов.

Скорость распространения электромагнитных взаимодействий.

Основываясь на идеях Фарадея, Максвелл сумел теоретически доказать, что электромагнитные взаимодействия должны распространяться в пространстве с конечной скоростью.

Это означает, что если слегка передвинуть заряд А (см. рис. 14.8), то сила, действующая на заряд В, изменится, но не в то же мгновение, а лишь спустя некоторое время:

где АВ — расстояние между зарядами, ас — скорость распространения электромагнитных взаимодействий, которая равна скорости света в вакууме, т. е. примерно 300 000 км/с. При перемещении заряда А электрическое поле вокруг заряда В изменится спустя время t. Значит, между зарядами в вакууме происходит какой-то процесс, в результате которого взаимодействие между ними распространяется с конечной скоростью. Правда, эксперимент по проверке равенства (14.6) при перемещении зарядов трудно осуществить из-за большого значения скорости с. Но в этом сейчас, после изобретения радио, нет нужды, электромагнитное поле обнаруживает себя как нечто реально существующее.

Сейчас вы можете прочитать в газетах, что радиоволны от космической станции, приближающейся к Венере, доходят до Земли за время более чем 4 мин. Станция уже может сгореть в атмосфере планеты, а посланные ею радиоволны еще долго будут блуждать в пространстве.

Что такое электрическое поле?

Мы знаем, что электрическое поле существует реально: его свойства можно исследовать опытным путём. Но мы не можем сказать, из чего это поле состоит. Здесь мы доходим до границы того, что известно науке.

Дом состоит из кирпичей, плит и других материалов, которые, в свою очередь, состоят из молекул, молекулы — из атомов, атомы — из элементарных частиц. Более же простых образований, чем элементарные частицы, мы не знаем. Так же обстоит дело и с электрическим полем: ничего более простого, чем поле, мы не знаем.

Электрическое поле — это особое состояние материи, которое нельзя обнаружить нашими органами чувств. Его можно обнаружить, лишь помещая в него электрические заряды.

При изучении электрического поля мы сталкиваемся с особым видом материи, движение которой не подчиняется законам механики Ньютона. С открытием электрического поля впервые за всю историю науки появилась глубокая идея: существуют различные виды материи и каждому из них присущи свои свойства.

Главное свойство электрического поля — действие его на электрические заряды с некоторой силой.

По действию на заряд устанавливают факт существования поля, распределение его в пространстве, изучают все его характеристики.

Электрическое поле, созданное неподвижными зарядами, называют электростатическим.

Оно не меняется со временем. Электростатическое поле создаётся только электрическими зарядами. Оно существует в пространстве, окружающем эти заряды, и неразрывно с ними связано.

Если поле изменяется со временем, то такое поле называют переменным.

Многие свойства статических и переменных полей совпадают. Однако имеются между ними и существенные различия. Говоря о свойствах поля, мы будем называть это поле просто электрическим, если данное свойство в равной мере присуще как статическим, так и переменным полям.

Мы уже встречались с полем силы тяжести и полем сил тяготения. На тело, находящееся в поле силы тяжести и обладающее массой, вблизи поверхности земли действует сила тяжести аналогично тому, как на заряд, находящийся в электростатическом поле, действует сила Кулона. На спутник, обращающийся на орбите вокруг Земли, действует сила тяготения, т. е. можно сказать, что он находится в поле тяготения.

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Следующая страница «Напряжённость электрического поля. Силовые линии»

Назад в раздел «Физика — 10 класс, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский»

Электростатика — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Что такое электродинамика — Электрический заряд и элементарные частицы. Закон сохранения заряд — Закон Кулона. Единица электрического заряда — Примеры решения задач по теме «Закон Кулона» — Близкодействие и действие на расстоянии — Электрическое поле — Напряжённость электрического поля. Силовые линии — Поле точечного заряда и заряженного шара. Принцип суперпозиции полей — Примеры решения задач по теме «Напряжённость электрического поля. Принцип суперпозиции полей» — Проводники в электростатическом поле — Диэлектрики в электростатическом поле — Потенциальная энергия заряженного тела в однородном электростатическом поле — Потенциал электростатического поля и разность потенциалов — Связь между напряжённостью электростатического поля и разностью потенциалов.

Эквипотенциальные поверхности — Примеры решения задач по теме «Потенциальная энергия электростатического поля. Разность потенциалов» — Электроёмкость. Единицы электроёмкости. Конденсатор — Энергия заряженного конденсатора. Применение конденсаторов — Примеры решения задач по теме «Электроёмкость. Энергия заряженного конденсатора»

Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей. Физика. 10 класс. — Объяснение нового материала.

Комментарии преподавателя

Электрическое поле

Опыты, позволяющие обнаружить притяжение или отталкивание заряженных тел, убеждают нас в том, что электрические заряды взаимодействуют на расстоянии. Причём чем ближе друг к другу находятся наэлектризованные тела, тем взаимодействие между ними сильнее, чем дальше — тем слабее.

При изучении механики мы видели, что действие одного тела на другое происходит непосредственно при их взаимодействии. Как же объяснить взаимодействие наэлектризованных тел? В наших опытах наэлектризованные тела находились друг от друга на некотором расстоянии. Может быть, действие одного наэлектризованного тела на другое передается через воздух, находящийся между телами? Однако заряженные тела взаимодействуют и в безвоздушном пространстве. Если поместить заряженный электроскоп под колокол воздушного насоса, то листочки электроскопа по-прежнему отталкиваются друг от друга (рис.). (Из-под колокола воздух откачан.) Изучением взаимодействия электрических зарядов занимались английские физики Майкл Фарадей и Джеймс Максвелл.

Рис. Заряженный электроскоп под колоколом воздушного насоса

В результате длительного изучения электрических явлений установлено, что всякое заряженное тело окружено электрическим полем.

Электрическое поле — это особый вид материи, отличающийся от вещества.

Наши органы чувств не воспринимают электрическое поле. Обнаружить поле можно благодаря тому, что оно действует на всякий находящийся в нём заряд. Именно этим и объясняется взаимодействие наэлектризованных тел. Электрическое поле, окружающее один из зарядов, действует с некоторой силой на другой заряд, помещённый в поле первого заряда. И наоборот, электрическое поле второго заряда действует на первый.

Сила, с которой электрическое поле действует на внесённый в него электрический заряд, называется электрической силой.

Когда мы подносили заряженную палочку к заряженной гильзе, то наблюдали отталкивание гильзы. Мы тем самым обнаруживали электрическое поле палочки по его действию на заряд, находящийся на гильзе. Но и гильза своим полем действовала на эбонитовую палочку. Таким образом, в случае наэлектризованных тел наблюдается взаимодействие.

Многочисленные опыты позволяют сделать вывод о том, что вблизи заряженного тела действие поля сильнее, а по мере удаления от него действие поля ослабевает.

Так, поднесём к гильзе палочку, имеющую заряд противоположного знака. По мере приближения палочки к гильзе угол отклонения гильзы будет увеличиваться (рис. ). Следовательно, чем ближе расположены заряженные тела, тем сильнее действие поля.

Рис. Зависимость действия электрического поля от расстояния до заряда

Поскольку на любой заряд, находящийся в электрическом поле, действует сила, значит, при перемещении заряда полем совершается работа. А если поле способно совершить работу, то оно обладает энергией.

Домашняя работа.

Задание 1. Ответь на вопросы.

1. Опишите опыт, который показывает, что электрическое взаимодействие передаётся не через воздух.
2. Чем отличается пространство, окружающее наэлектризованное тело, от пространства, окружающего ненаэлектризованное тело?
3. Как можно обнаружить электрическое поле?
4. Как изменяется сила, действующая на заряженную гильзу при удалении её от заряженного тела? Как это показать на опыте?

Задание 2. Проведи домашний опыт.

… по парению пушинки в электрическом поле.

Если наэлектризовать трением пластмассовую линейку, сделать из ваты очень маленькую пушинку
и положить её на линейку, то часть электрического заряда линейки при касании передастся пушинке. Линейка и пушинка зарядятся одноименно. Поднимите линейку и сдуйте пушинку вверх. Если затем подставить снизу линейку, то можно наблюдать за ее парением в электрическом поле линейки. На пушинку действуют одновременно сила тяжести и отталкивающая электрическая сила. Если сила тяжести больше силы отталкивания, пушинка сядет на линейку. Сдуйте ее и повторите опыт, сообщая прикосновениями к линейке всё больший заряд пушинке. Вы сможете добиться парения пушинки. При парении пушинки силы, действующие на неё, уравновешены.

… по защите от электрических полей.

Наэлектризуйте пластмассовый предмет и поместите его на небольшом расстоянии от банки самодельного электроскопа. Лепестки электроскопа разойдутся из-за электризация через влияние. На электроскоп наденьте экран — металлическую кастрюлю. Рука должна быть изолирована от металла! Лепестки электроскопа вновь сомкнутся. Электрическое поле исчезло! Если снять кастрюлю, то лепестки электроскопа снова разойдутся.

К занятию прикреплен файл  «Это интересно!». Вы можете скачать файл в любое удобное для вас время.

Использованные источники:

• http://www.tepka.ru/fizika
• http://class-fizika.narod.ru
• http://www.youtube.com/watch?v=kD-6e7fgvmY
• http://www.youtube.com/watch?v=_ZIgDVzAkc0
• http://www.youtube.com/watch?v=LOG_eFAyzdE
• http://www.youtube.com/watch?v=AAkOed3BhC0
• http://www.youtube.com/watch?v=uTtFABBosQg
• http://www.youtube.com/watch?v=hwPgnxKWB3E
• http://www.youtube.com/watch?v=PSciE4uYEd8
• http://interneturok.ru/ru/school/physics/10-klass/

Электрические поля

Подобно гравитации, электростатическая сила является бесконтактной силой. Заряженные объекты не должны соприкасаться друг с другом, чтобы воздействовать друг на друга. Каким-то образом заряженный объект ощущает влияние другого заряженного объекта в пространстве. Свойство пространства, позволяющее заряженному объекту ощущать силу, называется электрическим полем. Хотя мы не можем видеть электрическое поле, мы можем обнаружить его присутствие, поместив положительный пробный заряд в различные точки пространства и измерив силу, которую испытывает пробный заряд.

При рассмотрении гравитации напряженность гравитационного поля представляла собой количество силы, воспринимаемой массой на единицу массы. Напряженность электрического поля — это количество электростатической силы, наблюдаемой зарядом на единицу заряда. Таким образом, напряженность электрического поля Е представляет собой электростатическую силу, наблюдаемую в данной точке пространства, деленную на сам пробный заряд. Напряженность электрического поля измеряется в ньютонах на кулон (Н/Кл).


Вопрос: Две противоположно заряженные параллельные металлические пластины, находящиеся на расстоянии 1,00 сантиметра друг от друга, действуют с силой величиной 3,60×10 ^–15 ньютонов на электрон, помещенный между пластинами. Рассчитайте величину напряженности электрического поля между пластинами.

Ответ:

 

Вопрос: Какая величина и единица измерения правильно сочетаются?


1. Удельное сопротивление и Ом/м
2. разность потенциалов и эВ
3. ток и C•s
4. напряженность электрического поля и Н/З

Ответ: (4) напряженность электрического поля и N/C.

Линии электрического поля

Поскольку на самом деле мы не можем видеть электрическое поле, мы можем нарисовать линии электрического поля, чтобы визуализировать силу, которую испытает заряд, если поместить его в определенное место в пространстве. Чтобы помочь нам визуализировать электрическое поле, мы можем нарисовать линии электрического поля в пространстве. Эти линии показывают направление, в котором положительно заряженная частица почувствовала бы силу, если бы ее поместили в эту точку пространства. Чем плотнее линии, тем большую силу будет ощущать заряженная частица, а значит, тем сильнее будет электрическое поле. По мере того, как линии отдаляются друг от друга, сила электрического взаимодействия, которую ощущает заряженная частица, становится меньше, поэтому электрическое поле меньше.

По соглашению мы рисуем линии электрического поля, показывающие направление силы на положительном заряде. Поэтому, чтобы нарисовать линии электрического поля для системы зарядов, следуйте этим основным правилам:

1. Линии электрического поля направлены от положительных зарядов к отрицательным зарядам.
2. Линии электрического поля никогда не пересекаются.
3. Линии электрического поля всегда пересекают проводники под прямым углом к ​​поверхности.
4. Чем сильнее поля, тем ближе линии.
5. Сила поля и плотность линий уменьшаются по мере удаления от зарядов.

Давайте рассмотрим несколько примеров линий электрического поля, начиная с изолированных положительных (слева) и отрицательных (справа) зарядов. Обратите внимание, что для каждого заряда линии расходятся наружу или внутрь сферически. Линии указывают в сторону от положительного заряда, поскольку положительный пробный заряд, помещенный в поле (рядом с фиксированным зарядом), будет ощущать силу отталкивания. Линии указывают на отрицательный фиксированный заряд, поскольку положительный пробный заряд ощущал бы силу притяжения.

Если у вас есть как положительные, так и отрицательные заряды в непосредственной близости, вы следуете одной и той же базовой процедуре:

Конечно, силовые линии электрического поля на самом деле лежат в трех измерениях, как показано в этом видеоролике.

Предоставлено Penn State Schuylkill

 

 

Сравнение электростатики и гравитации

Поскольку гравитация и электростатика имеют много общего, давайте на минутку сравним электростатику и гравитацию.

 

Большая разница между электростатикой и гравитацией? Гравитационная сила может только притягивать, а электростатическая сила может и притягивать, и отталкивать. Обратите внимание еще раз, что и напряженность электрического поля, и напряженность гравитационного поля подчиняются закону обратных квадратов. Сила поля обратно пропорциональна квадрату расстояния.

 

Electric Fields — StickMan Physics

Статический заряд на объекте создает электрическое поле. Научитесь рисовать электрические поля вокруг одиночных и множественных зарядов и находить их значения.

Основы электрического поля

• Электрическое поле ( E ): область электрического влияния вокруг заряженного объекта .
• Переменная ( E )
• Единица измерения: ньютон на кулон ( N/C )

Переменные электрического поля
Имя	Переменная	Блок МКС	Сокращение блока
Электрическое поле	Е	Ньютон разделить на Кулон	Н/З
Сила	Н	Ньютон	Н
Плата	д	Кулон	С
Расстояние	д	Счетчик	м

Рисование электрических полей

Электрические поля изображают то, как будет двигаться положительно заряженная частица, если ее поместить в поле, представленное символом a или несколькими стоячими зарядами.

• Линии изображают поле
• Расстояние между линиями показывает напряженность поля
• Стрелки изображают направления поля
• Стрелки указывают от положительного к отрицательному i n направление, в котором положительный заряд двигался бы в поле
Анимация электрического поля

В этих анимациях поля представлены в начале анимации. Позже крошечный положительный заряд перемещается в поле, чтобы показать, что представляют собой линии и стрелки.

Уравнения Переменные и единицы измерения

Переменная: Имя (единица измерения)

E: электрическое поле (N/C)

F: сила (N)

Q: заряд 4 k5 000 900 (Для воздуха k = 9,0 х 10 ⁹ Н·м ² /C ² )

d: расстояние (м)

Примеры задач

1. Вы натягиваете на голову шерстяной свитер, который заряжается, создавая трение о хлопчатобумажную рубашку. . Каково электрическое поле в месте, где кусок ворса размером 1,30 x 10 ^-19 C- подвергается воздействию силы 3,2 x 10 ^-9 Н при плавании?

(Нажмите на картинку, чтобы увидеть работу в большем размере)

2. Как далеко вы от заряда 3,25 х 10 ^-6 Кулонов при напряженности электрического поля 18,1 Н/Кл?

(Щелкните изображение, чтобы увеличить изображение)

 

Экранирование

При наличии токопроводящего пути вокруг объекта. Экранирование происходит потому, что электроны (- заряд) остаются как можно дальше друг от друга и остаются снаружи. Электрические поля уравновешиваются, и внутри не будет электрического поля.

• Весь заряд лежит на поверхности проводника
• Электрическое поле внутри проводника равно нулю

Этот эффект защищает вас от удара током, если вы находитесь внутри металлического автомобиля, в который ударила молния.