Силовые линии электрического поля около равных, но противоположных зарядов

Иногда само электрическое поле может отделяться от заряда источника и образовывать замкнутые контуры, как в случае зарядов, ускоряющихся вверх и вниз по передающей антенне телевизионной станции. Электрическое поле с сопровождающим магнитным полем будет распространяться через пространство как излучаемая волну с той же скоростью, что и свет . Такие электромагнитные волны указывают на то, что электрические поля генерируются не только электрическими зарядами, но и изменяющимися магнитными полями.

Величина электрического поля имеет размерность силы на единицу заряда. В системах метр-килограмм-секунда и системе СИ соответствующими единицами измерения являются ньютоны на кулон, что эквивалентно вольтам на метр . В системе сантиметр-грамм-секунда электрическое поле выражается в единицах дин на электростатическую единицу (esu), что эквивалентно статвольтам на сантиметр.

Силовые линии магнитного поля против силовых линий электрического поля

В чем разница между магнитным полем и силовыми линиями электрического поля?

Линии электрического поля указывают направление движения гипотетического пробного заряда. По условию это положительный заряд. Только при наличии статических электрических полей F = q E F =qE , поэтому стрелки линий электрического поля параллельны электрической силе , поэтому можно называть первые силовыми линиями (потому что они указывают в направлении силы.

Силовые линии магнитного поля указывают направление, в котором будет указывать северный полюс гипотетического компаса. Только при наличии статических магнитных полей F = q ( v × B ) F =q( v × B ) , а так как ( v × B ) ( v × B ) перпендикулярно B B , то

Есть ли d → B dB⃗ указать направление, в котором вы бы столкнулись с силой, если бы вы были движущейся заряженной частицей в этой точке?

№ B B перпендикулярна F m Fм , а не параллельно.

Я точно знаю, что электрическое поле и электростатическая сила параллельны

Истинный.

но поскольку F = q → v × → B  F= q v⃗×B⃗ для магнитных сил, действительно ли это означает, что если, скажем, на следующем рисунке, где точка представляет собой провод, входящий и выходящий из страницы, то d → B dB⃗ векторы не показывают, как движущаяся заряженная частица будет двигаться в поле?

Точно. B B не показывает ни направление магнитной силы, ни направление пути, пройденного заряженной частицей. Он показывает направление, в котором будет указывать северный полюс компаса.

Электрическое поле | Презентация к уроку по физике (9 класс) на тему:

Слайд 1

Слайд 2

Электрическое поле Силовые линии Заряд Поляризация диэлектрика Электроны Протоны Взаимодействие

Слайд 3

Повторение пройденного материала . Из каких частиц состоит атомное ядро? Что вы знаете об этих частицах? Как находится число протонов в ядре? Что такое массовое число? Как находится число нейтронов в ядре? Сколько частиц входит в состав ядра атома натрия?

Слайд 4

Электрическое поле – это особая форма материи, существующая в пространстве вокруг заряженных тел, и проявляющаяся в том, что на любой заряд, помещенный в любую точку этого поля, будет действовать сила.

Слайд 6

Поле неподвижного заряда называют электростатическим . Оно не меняется со временем

Слайд 7

Основные свойства электрического поля. Электрическое поле заряженного тела действует с некоторой силой на всякое другое заряженное тело, оказавшееся в этом поле. Вблизи заряженных тел создаваемое ими поле сильнее, а вдали слабее .

Слайд 8

Непрерывные линии, касательные к которым в каждой точке, через которую они проходят, совпадают с вектором напряженности, называются силовыми линиями электрического поля или линиями напряженности. Густота линий больше вблизи заряженных тел, где напряженность больше. Силовые линии одного и того же поля не пересекаются.

Слайд 9

Электрическое поле, напряженность которого одинакова во всех точках пространства, называется однородным.

Слайд 10

Что такое электрическое поле? Чем отличается поле от вещества? Перечислите основные свойства электрического поля. Что указывают силовые линии электрического поля?

Слайд 11

– я всё понял на уроке и могу объяснить товарищу. – я усвоил тему, но объяснить не могу. — эта тема для меня трудная.

Слайд 12

Домашнее задание. § 6, учить определения

Слайд 13

Спасибо за урок!

Электрическое и магнитное поле: в чем различия?

Такой термин, как «поле» в нашем языке имеет общее, достаточно обширное понятие (например, картофельное или футбольное). А вот в точных науках, таких как физика и электротехника — это название применяется для того, чтобы описать определенные виды материи. Так, электромагнитная материя представляет собой две составных части: электрическую и магнитную.

С указанными формами материи непосредственно связан электрический заряд. И у этого заряда имеется характерная особенность. В неподвижном состоянии вокруг него постоянно существует электрическое поле, а как только заряд начинает осуществлять направленное движение, то появляется еще и магнитное поле. Рассмотрим характерные особенности электрического и магнитного полей по отдельности.

Два поля

• Электрическое поле образуется вокруг каких-либо тел, или частиц, обладающих определенной величиной электрического заряда. Если происходят определенные изменения параметров магнитного поля, этот процесс сопровождается перемещением электромагнитных волн. Для наглядности на схемах такие поля изображаются в виде силовых линий (пунктиров), которые начинаются у положительно заряженных частиц и заканчиваются стрелками, касающимися отрицательно заряженных частиц. Именно заряды здесь являются основой для существования электрического поля.

В процессе проведения исследований и в целях боле эффективного практического применения данного явления, ему дано название напряженность. Оценивается по степени воздействия на единичный (с положительным знаком) заряд.

• Магнитное поле оказывает иной вид воздействия, прежде всего – на различные электрические тела и заряды, которые находятся в движении. Магнитные моменты учитываются без определения фактической величины движения, а само поле создается в ходе прохождения тока заряженных частиц. Величина поля – это сумма магнитных моментов электронов, находящихся внутри атомов или иных частиц.

Здесь также применяется метод графического изображения при помощи силовых пунктирных линий. Но в отличие от схематического изображения электрического поля, эти линии замкнуты по контуру и не имеют определенной точки начала (равно, как и конца).

Как происходит взаимодействие электрического и магнитного полей

Первые достаточно точные обоснования и выводы (как теоретические, так и практические) по результатам исследований процессов внутри данных полей сделал великий ученый Д. Максвелл. Он показал, какая взаимосвязь происходит между эклектическими зарядами и протекающими токами электромагнитного поля. Для проведения исследований и получения результатов, были применены ранее сформулированные законы Ампера и Фарадея. В трудах физика было определено точное соотношение между электрическим и магнитным полем, которое возникало вследствие определенного способа распределения зарядов в пространстве.

Сравнение полей: электрического и магнитного

Важно понять, что электрическое и магнитное поле – это не обособленные понятия, а единый комплекс, получивший название электромагнитного поля. Следовательно, и изучать это поле необходимо параллельно, относясь к исследуемому явлению, как к единому целому.

Утверждение, что в какой-либо определенной точке пространства может иметься только одно из действующих полей, не может быть принято во внимание, более того – оно бессмысленно. Вопрос может быть поставлен исключительно с учетом типа исследуемой системы, которая может быть стационарной или подвижной.

В целом, сама система отсчета – это составная часть исследования электромагнитного поля. По характеристикам системы можно делать оценку, касательно свойств и конфигурации электромагнитного поля. Но абсолютной значимости система не имеет.

Что может быть применено в качестве индикаторов электромагнитного поля

Для электрического поля – это заряженные тела. Именно они указывают на наличие в определенном месте пространства поля. При проведении опытов и наблюдений широко используются такие подручные материалы, как:

– мелкие кусочки бумаги;

– небольшие комочки, бумажные шарики;

– гильзы;

– так называемые «султаны».

Чтобы «увидеть» магнитное поле, можно использовать стальные опилки либо замкнутый контур, по которому протекает электрический ток. Еже проще – использовать магнитную стрелку, которая имеется на каждом компасе.

«Законодательная база»

Исследование полей, магнитного и электрического, осуществляется по ранее открытым физическим законам. Так, для электрического поля, при исследовании протекающих внутри него процессов, бесценную помощь оказали исследования и опыты, проведенные кулоном. Магнитное поле проще себе представить, воспользовавшись законом Ампера, применительно к расположению ладони человека. Так, чтобы определить направление действия силы, воздействующей на проводник, необходимо расположить ладонь следующим образом:

– 4 пальца, сложенные вместе, указывают на направление протекающего тока;

– силовые линии магнитного поля входят в ладонь;

– большой палец руки, находящийся под углом в 90 градусов по отношению к другим пальцам ладони, укажет направление воздействия искомой силы.

Подведем итог

В заключении необходимо отметить: электрическое и магнитное поля существенно отличаются друг от друга. Но это не мешает им тесно взаимодействовать, оставаясь составными частями одного целого – электромагнитного поля!

Как графически изображают электрическое поле

Электрическое поле изображают с помощью электрических линий и следов эквипотенциальных поверхностей.

Поверхность, проведённая в пространстве так, что все её точки имеют одинаковый потенциал, называется эквипотенциальной.

Рисунок 1.7 – Неоднородное симметричное поле

Рисунок 1.8 – Неоднородное несимметричное поле

Рисунок 1.9 – Однородное несимметричное поле

Если вектор напряженности в каждой точке поля одинаков по величине и направлению то поле считается однородным.

Силовые линии магнитного поля (линии напряженности) проводятся так что:

1. Направление от положительного заряда и к отрицательному заряду;

2. Густота силовых линий отражает величину напряженности;

3. Проводятся так, чтобы вектор напряженности в каждой точке линии был направлен по касательной к ней.

Силовые линии это мысленные траектории движения пробного положительного заряда, внесенного в данную точку поля.

Следы эквипотенциальных поверхностей проводятся так, чтобы они пересекались с силовыми линиями под прямым углом, между каждыми двумя соседними эквипотенциальными поверхностями разность потенциалов одинакова.

1.3 Электропроводность веществ: проводники, диэлектрики, полупроводники

Почти в любом объёме любого вещества содержится некоторое количество свободных зарядов, их число в единице объёма называется концентрацией.

При отсутствии внешнего электрического поля свободные заряды совершают хаотическое тепловое движение, попадая в электрическое поле они приобретают скорость упорядоченного, направленного движения.

Упорядоченное направленное движение зарядов под действием сил внешнего электрического поля называется электрическим током.

Способность веществ, проводить электрический ток называется электропроводностью.

В зависимости от электропроводности все вещества делят на три группы:

1) Проводники – вещества, обладающие хорошей электропроводимостью, следовательно, хорошо проводящие электрический ток. Делятся на две подгруппы:

а) Первого рода – металлы и их сплавы. В них большое количество свободных электронов, которые под действием сил внешнего электрического поля приобретают скорость направленного движения, следовательно ток в проводника первого рода – это упорядоченное направленное движение электронов, а значит не сопровождается переносом вещества и химическими реакциями.

Проводник первого рода помещён в электростатическое поле, происходит явление электромагнитной индукции –мгновенное перемещение свободных зарядов к одной поверхности проводника. На этой поверхности возникает избыточный отрицательный заряд, недостаток электронов у противоположной поверхности создаёт избыточный положительный заряд, следовательно заряженные поверхности проводника создают собственное поле, направленное против внешнего и всегда его уравновешивающего. На этом основано экранирование – защита части пространства от внешних электрических полей.

б) Второго рода – это электролиты – водные растворы солей, кислот, щелочи, в них под действием растворителя (воды) происходит расход молекул на положительно и отрицательно заряженные ионы (электролитическая диссонация). Во внешнем электрическом поле ионы приобретают скорость направленного движения, значит ток в проводниках второго рода – это направленное движение ионов, а значит, сопровождается переносом вещества и химическими реакциями.

2) Диэлектрики – вещества, не имеющие свободных зарядов, а потому не способные проводить постоянный электрический ток. Делятся на две группы: неполярные и полярные диэлектрики.

У неполярных диэлектриков электронные орбиты расположены так, что при отсутствии внешнего поля электрические центры «+» и « — » в одной точке атом не создаёт диполя. Во внешнем поле орбиты смещаются так, что электрические центры «+» и « — » в разных точках, образовалась диполь – два одинаковых по величине, но противоположных по знаку связанных заряда. Произошла поляризация диэлектрика – деформационная.

У полярных диэлектриков диполи существуют от природы без всякого внешнего поля, но ариентированны хаотически. Во внешнем поле диполи поворачиваются и выстраиваются вдоль линий внешнего поля, происходит поляризация, которая называется ориентационной.

Внутри любого поляризованного диэлектрика поле существует, но по сравнению со внешним оно ослаблено в E раз.

Постоянный электрический ток диэлектрики не проводят, а переменный ток проводят – направленное колебательное движение диполей под действием сил внешнего переменного электрического поля.

О том, что колебательные движения диполей можно назвать электрическим током говорит опыт Эйхенвольда.

При протягивании диэлектрика в месте AB происходит … временный поворот на 180° и это сопровождается возникновением магнитного поля, которое всегда сопутствует электрическому току.

Ток проводимости – упорядоченное направленное движение свободных зарядов под действием сил внешнего электрического поля (постоянный и переменный).

Ток смещения связанных зарядов (в диэлектрике) – колебательное движение диполей под действием сил внешнего переменного электрического поля

3) Полупроводники – вещества, занимающие промежуточное положение по электропроводимости между проводниками и диэлектриками. Ток в них это направленное движение свободных электронов и дырок, зависит от некоторых факторов (температура, освещённость, наличие примесей).

Дата добавления: 2015-06-17 ; просмотров: 2827 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Для графического изображения электростатических полей используют линии вектора — они проводятся так, чтобы в каждой точке вектор был направлен по касательной к ним (рис. 6.2). Линии вектора нигде не пересекаются, они начинаются на положительных зарядах, заканчиваются на отрицательных или уходят в бесконечность. Примеры графического изображения полей точечных зарядов приведены на рис. 6.2б,в,г.

В случае однородного поля (рис. 6.2∂) в каждой точке которого вектор одинаков и по модулю, и по направлению, линии представляют собой прямые, параллельные друг другу и отстоящие друг от друга на одинаковом расстоянии.

Обычно линии проводят так, чтобы их густота в каждой точке поля определяла числовое значение вектора . Под густотой линий понимают количество линий, пронизывающих перпендикулярную к ним плоскую поверхность фиксированной площади.

На рис. 6.2 пунктирными линиями изображены эквипотенциальные поверхности. Эквипотенциальная поверхность – это поверхность равного потенциала, в каждой точке поверхности потенциал φ будет одинаковым. Поэтому элементарная работа по перемещению заряда qпо такой поверхности будет равна нулю: dA= – qdφ= 0. Соответственно вектор в каждой точке поверхности будет перпендикулярен к ней, то есть будет направлен по вектору нормали (рис. 6.2е).

Условились проводить эквипотенциальные поверхности так, чтобы разность потенциалов между соседними поверхностями была одинаковой.

7.1. Поток и циркуляция вектораэлектростатического поля.

Теорема Гаусса длявектора

Возьмем произвольный контур Г и произвольную поверхность Sв неоднородном электростатическом поле (см. рис. 7.1а,б).

Тогда циркуляцией вектора по произвольному контуру Г называют интеграл вида

(7.1)

а потоком Ф_Е вектора через произвольную поверхность Sследующее выражение:

(7.2)

Входящие в эти формулы векторы и определяются следующим образом. По модулю они равны элементарной длине dlконтура Г и площади dSэлементарной поверхности S. Направление вектора совпадает с направлением обхода контура Г, а вектор направлен по вектору нормали к площадке dS(рис. 7.1).

В случае электростатического поля циркуляция вектора по произвольному замкнутому контуру Г в соответствии с формулой (6.4) будет равна нулю:

(7.1а)

где А_круг – работа сил поля по перемещению точечного заряда qпо этому контуру.

Как отмечено в Прил., этот факт является признаком потенциальности электростатического поля. Следовательно, электрические заряды в электростатическом поле обладают потенциальной энергией.

Уравнение (7.1а) в дифференциальной форме, справедливой для малой окрестности какой-либо точки электростатического поля, можно записать следующим образом (см. Прил. ):

(7.1б)

Теорема Гаусса в отсутствии диэлектрика (вакуум) формулируется следующим образом: поток векторачерез произвольную замкнутую поверхность равен алгебраической сумме свободных зарядов, охватываемых этой поверхностью и деленной на ε_:

(7.2)

Покажем справедливость теоремы для случая поля точечного заряда. Пусть замкнутая поверхность представляет собой сферу радиусом R, в центре которой находится точечный положительный заряд q(рис. 7.2а).

(7.3)

Полученный результат не изменится, если вместо сферы выбрать произвольную замкнутую поверхность (рис. 7.2б), так как поток вектора численно равен количеству линий , пронизывающих поверхность, а число линий в случаях (а)и (б) одинаково.

Подобные рассуждения с использованием принципа суперпозиции электростатических полей можно привести и в случае нескольких зарядов, попадающих внутрь замкнутой поверхности, что и подтверждает теорему Гаусса.

Запишем дифференциальную форму теоремы Гаусса, справедливую для любой малой окрестности какой-либо точки поля. С учетом формулы (П.10) Прил. получим

(7.4)

где введена объемная плотность ρ свободных электрических зарядов

то есть это заряд, содержащийся в единице объема.

7.2. Применение теоремы Гаусса для расчета электростатических полей

Пример 1. Электрическое поле равномерно заряженной по поверхности бесконечно протяженной плоскости.

1-й этап. Введем поверхностную плотность заряда σ.Для этого на заряженной поверхности вблизи какой-либо ее точки выбирают элементарную площадку площадью dS, содержащую заряд dq, и рассчитывают по формуле

то есть σпредставляет собой заряд, приходящийся на единицу поверхности. Если плоскость заряжена равномерно, то тогда во всех ее точках σбудет одинаковой (σ= const), и поэтому поле такой бесконечно протяженной плоскости является однородным – линии представляют прямые, перпендикулярные к ней (рис. 7.3).

2-й этап. Выбираем замкнутую поверхность в виде цилиндра, образующая которого перпендикулярна к плоскости (рис. 7.3). Тогда поток Ф_Е через боковую поверхность будет равен нулю (α =90 0 , линии не пересекают боковой поверхности), и поэтому остается поток только через основание площади S₁ = S₂ = S:

3-й этап. Рассчитаем заряд плоскости, попадающий внутрь цилиндра:

4-й этап. Применяем теорему Гаусса для расчета модуля вектора :

(7.5)

здесь учтен случай отрицательно заряженной плоскости.

Формула (7.5) позволяет провести расчет поля плоского конденсатора как поля двух параллельных плоскостей с равными по модулю и противоположными по знаку поверхностными зарядами (рис. 7.4а).

Используя принцип суперпозиции электростатических полей, можно сделать вывод о том, что поле конденсатора существует между его пластинами (рис. 7.4б), а модуль вектора этого поля

(7.6)

где — модуль заряда одной из пластин конденсатора площадью S. Между обкладками конденсатора вакуум или газ.

Оценим разность потенциалов φ₁ – φ₂ (или напряжение U) между обкладками конденсатора, находящимися на расстоянии dдруг от друга. Для этого используем формулы (6.5) и (7.6):

(7.7)

Пример 2. Поле равномерно заряженной бесконечно длинной прямолинейной нити.

1-й этап. Введем линейную плотность заряда нити. Для этого на заряженной нити выбираем элемент длины dl, содержащий заряд dq, и рассчитаем τпо формуле

.

Для равномерно заряженной нити во всех ее точках τбудет одинаковой (τ = const), поэтому поле такой нити обладает осевой симметрией: линии представляют собой прямые, выходящие из нити и лежащие в плоскостях, перпендикулярных к ней (рис. 7.5а).

На одинаковых расстояниях от нити, то есть на цилиндрических поверхностях, модуль будет одинаковым.

2-й этап. Выбираем замкнутую поверхность в виде цилиндра, имеющего высоту Hи радиус r, ось цилиндра совпадает с нитью. Поток Ф_Е через основания цилиндра равен нулю (α=90 0 ), поэтому остается поток только через боковую поверхность:

3-й этап. Рассчитаем заряд отрезка нити длины H, попадающий внутрь цилиндра:

4-й этап. Применяем теорему Гаусса для расчета модуля вектора :

(7.8)

Формула (7.8) позволяет оценить разность потенциалов между двумя точками, находящимися на расстояниях r₁ и r₂ от нити (рис. 7.5а):

(7.9)

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Студент — человек, постоянно откладывающий неизбежность. 10610 — | 7337 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Nav view search

Навигация

Искать

Электрическое поле

Подробности Категория: Электричество и магнетизм Опубликовано 25.03.2015 11:06 Просмотров: 8984

Тела или частицы, обладающие электрическим зарядом, создают в окружающем их пространстве электрическое поле, являющееся одним из двух компонентов электромагнитного поля.

Что такое электрическое поле

После того как тело получило заряд, оно способно действовать на другие заряженные тела: притягивать тела с противоположным зарядом и отталкивать их, если они имеют такой же заряд.

Каким же образом происходит такое взаимодействие?

Зарядим металлический шарик, закреплённый на металлической подставке. Точно такой же по знаку заряд сообщим другому шарику из пенопласта, подвешенному на нити. Назовём его пробным. Перемещая его на разные расстояния, увидим, что нить с шариком отклоняется в любой точке пространства. Этот способ исследования называется методом пробного заряда.

Почему отклоняется пробный шарик?

Причина в том, что электрические заряды взаимодействуют друг с другом с помощью электрического поля, которое они создают в окружающем их пространстве. Электрическое поле — это особый вид материи, с помощью которого это взаимодействие и происходит. Такое поле окружает каждый электрический заряд и действует на другие заряды с некоторой силой. Следовательно, электрическое поле – разновидность силового поля.

Характеризуется электрическое поле физической величиной, которую называют напряжённостью электрического поля. Это количественная характеристика, векторная величина. Она равна отношению силы, действующей на точечный заряд в данной точке поля, к величине этого заряда:

где — напряжённость электрического поля;

— сила, действующая на точечный заряд;

Точечным называют заряженное тело, размеры которого настолько малы, что ими можно пренебречь по сравнению с расстоянием, на котором рассматривается воздействие этого заряда. Электрические поля, создаваемые такими зарядами, называют кулоновскими полями.

Силы, действующие на пробный заряд в разных точках электрического поля, отличаются по величине и направлению. Соответственно, различны и напряжённости в этих точках поля. Такое поле называют неоднородным.

Если модуль и направление напряжённости электрического поля одинаковы во всех его точках, то такое поле называется однородным.

Однородное поле создаётся в центре между двумя параллельными заряженными пластинами.

Электростатическое поле

Электрическое поле, созданное неподвижным и не меняющимся во времени зарядом, называется электростатическим полем.

Если электрическое поле образовано несколькими зарядами, то напряжённость в данной точке пространства равна сумме напряжённостей электрических полей, создаваемых в этой точке каждым зарядом в отдельности.

Графическое изображение электрического поля

Графически электрическое поле изображают с помощью силовых линий.

Силовая линия – это такая линия, касательная к которой в каждой её точке совпадает с направлением вектора напряжённости в этой точке.

Начинаются силовые линии на положительных зарядах или на бесконечности и заканчиваются на отрицательных, либо уходят в бесконечность. Они никогда не пересекаются и не касаются друг друга.

Силовые линии указывают направление действия силы, которая действует на положительно заряженную частицу со стороны электрического поля.

В общем эти линии имеют форму кривых. Но они могут быть и прямыми линиями в случае, если описывается поле одиночного точечного заряда.

Силовые линии положительного точечного заряда уходят в бесконечность.

Силовые линии отрицательного точечного заряда начинаются в бесконечности.

Совокупность двух точечных зарядов, равных по величине, но противоположных по знаку, находящихся на некотором расстоянии друг от друга, называется электрическим диполем. В целом электрический диполь нейтрален.

Вот так выглядят силовые линии электрического диполя.

А вот так располагаются силовые линии двух одинаковых по знаку электрических зарядов.

Электростатический потенциал

Другой величиной, характеризующей электростатическое поле, является электростатический потенциал (точечный потенциал). Это скалярная величина, равная отношению потенциальной энергии взаимодействия электрического заряда с полем к величине этого заряда. Электростатический потенциал – это энергетическая характеристика электрического поля:

В вакууме электростатический потенциал точечного заряда определяют по формуле:

где q — величина заряда, r — расстояние от заряда-источника до точки, для которой рассчитывается потенциал;

Напряжённость электрического поля связана с его потенциалом следующим отношением:

Так как электрическое поле является потенциальным полем, то работа, совершаемая при перемещении заряда q из точки 1 в точку 2, равна:

Электрическое поле, созданное электрическими зарядами, называют потенциальным. Его силовые линии начинаются на положительном заряде и заканчиваются на отрицательном. Электрическое поле, возникшее за счёт электромагнитной индукции, называется вихревым. Силовые линии такого поля замкнуты. Существуют комбинации потенциальных и вихревых полей.

Электрическое поле является одной из составляющих электромагнитного поля. Оно возникает не только вокруг электрических зарядов, но и при изменении магнитного поля.

В свою очередь, магнитное поле появляется при изменении электрического поля или создаётся током заряженных частиц.

Магнитная индукция. Линии магнитной индукции

Магнитная индукция. Линии магнитной индукции

Подробности

Просмотров: 992

«Физика — 11 класс»

Электрическое поле характеризуется напряженностью электрического поля.
Напряженность электрического поля — это величина векторная. Магнитное поле характеризуется магнитной индукцией.
Магнитная индукция — это векторная величина, она обозначается буквой .

Направление вектора магнитной индукции

За направление вектора магнитной индукци принимается направление, которое показывает северный полюс N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле.

Это направление совпадает с направлением положительной нормали к замкнутому контуру с током.

Используя рамку с током или магнитную стрелку, можно определить направление вектора магнитной индукции в любой точке поля.
В магнитном поле прямолинейного проводника с током магнитная стрелка в каждой точке устанавливается по касательной к окружности, плоскость которой перпендикулярна проводу, а центр ее лежит на оси провода.

Правило буравчика

Направление вектора магнитной индукции устанавливают с помощью правила буравчика.

Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика указывает направление вектора магнитной индукции.

Линии магнитной индукции

Магнитное поле можно показать с помощью линий магнитной индукции.
Линиями магнитной индукции называют линии, касательные к которым в любой их точке совпадают с вектором в данной точке поля. Линии вектора магнитной индукции аналогичны линиям вектора напряженности электростатического поля.

Линии магнитной индукции можно сделать видимыми, воспользовавшись железными опилками.

Магнитное поле прямолинейного проводника с током

Для пряого проводника с током линии магнитной индукции являются концентрическими окружностями, лежащими в плоскости, перпендикулярной этому проводнику с током. Центр окружностей находится на оси проводника. Стрелки на линиях указывают, в какую сторону направлен вектор магнитной индукции, касательный к данной линии.

Магнитное поле катушки с током (соленоида)

Если длина соленоида много больше его диаметра, то магнитное поле внутри соленоида можно считать однородным.
Линии магнитной индукции такого поля параллельны и находятся на равных расстояниях друг от друга.

Магнитное поле Земли

Линии магнитной индукции поля Земли подобны линиям магнитной индукции поля соленоида.
Магнитная ось Земли составляет с осью вращения Земли угол 11,5°.
Периодически магнитные полюсы меняют свою полярность.

Вихревое поле

Силовые линии электростатического поля всегда имеют источники: они начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных.
А линии магнитной индукции не имеют ни начала, ни конца, они всегда замкнуты.
Поля с замкнутыми векторными линиями называют вихревыми.
Магнитное поле — вихревое поле.
Магнитное поле не имеет источников.
Магнитных зарядов, подобных электрическим, в природе не существует.

Итак, магнитное поле — это вихревое поле, в каждой его точке вектор магнитной индукции указывает магнитная стрелка, направление вектора магнитной индукции можно определить по правилу буравчика.

Источник: «Физика — 11 класс», учебник Мякишев, Буховцев, Чаругин

Магнитное поле. Физика, учебник для 11 класса — Класс!ная физика

Магнитное поле и взаимодействие токов — Магнитная индукция. Линии магнитной индукции — Модуль вектора магнитной индукции. Сила Ампера — Электроизмерительные приборы. Громкоговоритель — Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца — Магнитные свойства вещества — Примеры решения задач — Краткие итоги главы

линий электрического поля — Университетская физика, том 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Объясните назначение диаграммы электрического поля
• Опишите взаимосвязь между векторной диаграммой и диаграммой линий поля
• Объясните правила создания диаграммы поля и почему эти правила имеют физический смысл
• Набросок поля произвольного заряда источника

Теперь, когда у нас есть некоторый опыт вычисления электрических полей, давайте попробуем разобраться в геометрии электрических полей.Как упоминалось ранее, наша модель состоит в том, что заряд объекта (исходный заряд) изменяет пространство в области вокруг него таким образом, что когда другой заряженный объект (тестовый заряд) помещается в эту область пространства, этот тестовый заряд испытывает электрическую силу. Концепция силовых линий электрического поля s и диаграмм силовых линий электрического поля позволяет нам визуализировать способ изменения пространства, позволяя визуализировать поле. Цель этого раздела — дать вам возможность создать эскизы этой геометрии, поэтому мы перечислим конкретные шаги и правила, необходимые для создания точного и полезного эскиза электрического поля.

Важно помнить, что электрические поля трехмерны. Хотя в эту книгу мы включаем некоторые псевдотрехмерные изображения, некоторые из диаграмм, которые вы увидите (здесь и в последующих главах), будут двумерными проекциями или поперечными сечениями. Всегда помните, что на самом деле вы смотрите на трехмерное явление.

Наша отправная точка — это физический факт, что электрическое поле исходного заряда заставляет испытательный заряд в этом поле испытывать силу.По определению, векторы электрического поля указывают в том же направлении, что и электрическая сила, которую испытывает (гипотетический) положительный испытательный заряд, если поместить его в поле ((Рисунок))

Электрическое поле точечного положительного заряда. Показано большое количество векторов поля. Как и все векторные стрелки, длина каждого вектора пропорциональна величине поля в каждой точке. а) поле в двух измерениях; (б) поле в трех измерениях.

Мы изобразили множество векторов поля на рисунке, которые равномерно распределены вокруг заряда источника.Поскольку электрическое поле является вектором, стрелки, которые мы рисуем, соответствуют в каждой точке пространства величине и направлению поля в этой точке. Как всегда, длина стрелки, которую мы рисуем, соответствует величине вектора поля в этой точке. Для заряда точечного источника длина уменьшается на квадрат расстояния от источника заряда. Вдобавок направление вектора поля радиально от источника заряда, потому что направление электрического поля определяется направлением силы, которую испытательный положительный заряд будет испытывать в этом поле.(Опять же, имейте в виду, что фактическое поле является трехмерным; есть также линии поля, указывающие наружу и внутрь страницы.)

Эта диаграмма верна, но она становится менее полезной по мере усложнения распределения заряда источника. Например, рассмотрим диаграмму векторного поля диполя ((Рисунок)).

Векторное поле диполя. Даже с двумя одинаковыми зарядами становится трудно понять диаграмму векторного поля.

Есть более удобный способ представить ту же информацию.Вместо того, чтобы рисовать большое количество векторных стрелок все меньшего размера, мы вместо этого соединяем их все вместе, образуя непрерывные линии и кривые, как показано на (Рисунок).

Вы спросили:
У меня вопрос об электрических полях.Я видел во многих учебниках, которые показывают, что для отрицательного заряда электрическое поле переходит внутрь себя или внутрь, и на нем показаны стрелки, которые входят в ядро ​​отрицательного заряда. А для положительного заряда поле выходит наружу и имеет стрелки, направленные наружу. Но это не объясняет, как привлекают эти два обвинения.

Кто занимается привлечением. Вы могли бы сказать, что положительный заряд движется в сторону отрицательного заряда, потому что он, как и отрицательный заряд, имеет эффект пылесоса, потому что отрицательный заряд всасывает или забирает любое поле, которое он находит и втягивает в себя.Это могло иметь большой смысл. Но это не объясняет, почему движется отрицательный заряд, если вы проводите электростатические эксперименты.

Если вы заряжаете 2 пробковых шара, один отрицательный и один положительный, они оба движутся навстречу друг другу. Но если вы проследите за следствием движения электрических полей, то только отрицательный заряд заставляет что-либо двигаться. Почему движется положительный заряд, если он распространяется только наружу. Кроме того, как электрическое поле перемещает что-либо, потому что весь отрицательный заряд захватывает положительные заряды стрел энергии, идущих наружу, но затем он только захватывает стрелки и приводит их в себя.Как это перемещает фактический положительный заряд. Кажется, что только стрелки одного заряда перемещают стрелки противоположного заряда.

Кроме того, если протон застрял из-за своего веса, почему тогда у него такой же заряд, как у электрона, поскольку электрон всегда находится ближе к любому объекту, поскольку он вращается, и он может легко покинуть свою орбиту с металлами. И как может отрицательный заряд, то есть в нем избыток электронов, заставить что-либо двигаться положительно?

А если поднести положительно заряженный стеклянный стержень к пробковому шару, он притянется к нему.Но если протон такой тяжелый и никогда не двигается, то как может положительный стеклянный стержень оттолкнуть протоны, которые там находятся? Или электроны уходят на поверхность объекта. Связан ли ответ с тем, что мы имеем дело с трехмерным эффектом двух зарядов. Например, если протон или положительный заряд имеет линию направленного поля, идущую наружу, он находит отрицательный заряд и толкает отрицательный заряд, потому что он входит в него. Но это не объясняет, почему это подталкивает.Я имею в виду, что положительная энергия может просто перейти в отрицательную и исчезнуть. Почему он его толкает или перемещает. И почему движется протон

Дорогой Дэниел,

Я постараюсь ответить на ваши вопросы относительно притяжения электрических зарядов и значения силовых линий.

Как вы уже знаете, противоположные обвинения притягивают друг друга. Движется ли объект с отрицательным зарядом к объекту с положительным зарядом или наоборот, зависит от обстоятельств.Стрелки на линиях поля НЕ указывают, какой объект движется навстречу другому !!! Стрелки на линиях поля ВСЕГДА имеют условное обозначение, что они указывают от положительного заряда к отрицательному. Все, не более того. Итак, если у вас есть рисунок с точками, которые представляют заряженные объекты, и линии поля со стрелками, вы можете выяснить, какие точки представляют собой положительный заряд, а какие — отрицательный.

Силы, создаваемые электрическими зарядами, всегда действуют в обоих направлениях.(Это один из законов Ньютона: действие равняется реакции.) Это как два человека, тянущие веревку. Положительный заряд тянет за собой отрицательный, отрицательный — за положительный. Какой заряд в конечном итоге перейдет на другой — вопрос, который зависит от нескольких других факторов. Опять же, представьте, как два человека тянут веревку. Кто победит? Это зависит от того, насколько тяжел каждый человек, у кого лучше сцепление с дорогой и т. Д. И т. Д. Точно так же и в отношении сборов. Если один заряженный объект действительно тяжелый (имеет большую массу), а другой легкий, то более легкий будет легче двигаться к тяжелому, чем наоборот.А если один заряженный предмет прикрепить к чему-то большему, вероятность его движения еще меньше.

Другой пример, о котором вы можете подумать, — это силы, действующие между магнитами. Магниты имеют северный магнитный полюс и южный магнитный полюс. Если вы соедините два одинаковых полюса, они отталкиваются, если вы сведете два противоположных полюса вместе, они притянутся друг к другу. Заряженные предметы делают то же самое. Теперь о значении силовых линий электрического поля. Линии поля, окружающие заряженные объекты, указывают путь, по которому крошечный объект с крошечным зарядом мог бы пройти, если бы он был вставлен в поле.Если крошечный объект имеет небольшой положительный заряд, он будет двигаться в направлении стрелки на линии, на которую он был поставлен. Если крошечный объект имеет небольшой отрицательный заряд, он будет следовать по той же линии, но в противоположном направлении, против направления стрелок. Надеюсь, этот ответ прояснил некоторые из поднятых вами вопросов. Вы также можете проверить раздел вопросов и ответов на веб-страницах Fermilab.

В частности, я нашел некоторую переписку, которая также связана с обвинениями: www.fnal.gov/pub/inquiring/questions/bob.html

Удачи,

Курт Рисельманн
Фермилаб по связям с общественностью

Вернуться на главную страницу вопросов по физике

Отводят ли линии электрического поля положительные заряды? — MVOrganizing

Отводят ли линии электрического поля положительные заряды?

Эти линии, иногда называемые линиями электрического поля, указывают в направлении, в котором положительный испытательный заряд будет ускоряться, если поместить его на линию.Таким образом, линии направлены от положительно заряженных исходных зарядов к отрицательно заряженным исходным зарядам.

Как влияют на силовые линии электрического поля вокруг положительного заряда?

Как влияют на силовые линии электрического поля вокруг положительного заряда, когда рядом с ним находится второй положительный заряд? Силовые линии отклоняются от второго положительного заряда.

Электрические поля положительны?

Когда они представлены силовыми линиями или линиями поля, электрические поля изображаются как начинающиеся на положительных зарядах и заканчивающиеся на отрицательных зарядах.Касательная к силовой линии указывает направление электрического поля в этой точке.

Почему электрические поля важны?

Электрические поля (е-поля) — важный инструмент в понимании того, как начинается и продолжает течь электричество. Электрические поля описывают тянущую или толкающую силу в пространстве между зарядами. Электрические поля одиночных зарядов. Отрицательный заряд имеет внутреннее электрическое поле, потому что он притягивает положительные заряды.

Как найти электрическое поле в точке?

Мы можем найти электрическое поле, создаваемое точечным зарядом, используя уравнение E = kQr2 E = k Q r 2.

Имеет ли значение знак заряда в электрическом поле?

Сила, применяемая полем к заряду, зависит от знака заряда. Направление поля ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ направлением силы, которую оно прикладывает к положительному заряду.

Что такое пробный заряд в электрическом поле?

Заряд, который используется для измерения напряженности электрического поля, называется тестовым зарядом, поскольку он используется для проверки напряженности поля. Пробный заряд имеет количество заряда, обозначенное символом q.Поскольку электрическое поле определяется как сила, приходящаяся на заряд, его единицами измерения будут единицы силы, разделенные на единицы заряда.

Как рассчитать напряженность электрического поля?

В системе СИ единица измерения напряженности электрического поля — ньютоны на кулон (Н / Кл) или вольт на метр (В / м). Сила, испытываемая очень маленьким пробным зарядом q, помещенным в поле E в вакууме, определяется выражением E = F / q, где F — это сила.

Почему две силовые линии электрического поля не могут пересекаться?

Силовые электрические линии никогда не пересекаются друг с другом, потому что в точке пересечения две касательные могут быть проведены к двум силовым линиям.Это означает два направления электрического поля в точке пересечения, что невозможно.

Какое уравнение для напряженности электрического поля?

величина электрического поля (E), создаваемого точечным зарядом с зарядом величины Q, в точке на расстоянии r от точечного заряда, задается уравнением E = kQ / r2, где k — постоянная со значением 8,99 x 109 Н м2 / C2.

Что такое сильное электрическое поле?

Сильное электрическое поле, приложенное между выходом капилляра с острыми краями и внешним электродом, вызывает разделение зарядов внутри жидкого топлива, которое легировано добавкой для увеличения его электропроводности.

Линии электрического поля прямые?

В однородном электрическом поле силовые линии прямые, параллельные и равномерно разнесенные. Линии электрического поля никогда не могут образовывать замкнутые петли, так как линия никогда не может начинаться и заканчиваться на одном заряде. Эти силовые линии всегда перетекают от более высокого потенциала к более низкому.

Где самое сильное электрическое поле?

Поле наиболее сильное там, где линии наиболее близко расположены. Линии электрического поля сходятся к заряду 1 и от 2, что означает, что заряд 1 отрицательный, а заряд 2 положительный.

Когда могут пересекаться силовые линии электрического поля?

Линии электрического поля не могут пересекаться. Если бы они это сделали, они бы сказали вам, что сила, действующая на заряд в этом месте, будет указывать в двух разных направлениях, что вообще не имеет никакого смысла. Эквипотенциальные линии с разными потенциалами также никогда не могут пересекаться.

В какой точке электрическое поле самое слабое?

Относительная величина электрического поля пропорциональна плотности силовых линий.Там, где силовые линии расположены близко друг к другу, поле наиболее сильное; там, где силовые линии далеко друг от друга, поле наиболее слабое.

Где начинаются и заканчиваются силовые линии электрического поля?

Строки начинаются и заканчиваются только при зарядах (начиная с + зарядов, заканчивая — зарядов) или на бесконечности. Линии расположены ближе друг к другу там, где поле сильнее. Более крупные заряды имеют больше линий поля, начинающихся или заканчивающихся на них. Линии электрического поля никогда не пересекаются (поскольку E должна указывать в определенном направлении, если оно не равно нулю).

Как найти количество силовых линий электрического поля?

Напряженность электрического поля точно пропорциональна количеству силовых линий на единицу площади, поскольку величина электрического поля для точечного заряда равна E = k | Q | r2 E = k | Q | r 2, а площадь пропорциональна r2.

Где нулевое электрическое поле?

На линии, соединяющей заряды, есть пятно, как раз на «дальней» стороне положительного заряда (на стороне от отрицательного заряда), где электрическое поле равно нулю.В общем, точка нулевого поля для зарядов противоположного знака будет находиться «снаружи» заряда меньшей величины.

Какая связь между электрической силой и электрическим полем?

Электрическое поле определяется как электрическая сила на единицу заряда. Направление поля принимается за направление силы, которое оно будет оказывать на положительный испытательный заряд. Электрическое поле направлено радиально наружу от положительного заряда и радиально внутрь к отрицательному точечному заряду.

Какое электрическое поле между двумя пластинами?

Разность электрических потенциалов между двумя пластинами выражается как V = Ed, величина электрического поля, умноженная на расстояние между пластинами.Единицы в этом выражении — ньютоны / кулон, умноженные на метры, что дает конечные единицы джоули / кулон.

Какое электрическое поле находится посередине между двумя зарядами?

Электрическое поле на полпути между любыми двумя равными зарядами равно нулю, независимо от того, как далеко они находятся друг от друга или какого размера их заряды.

Каково электрическое поле в точке на полпути между двумя зарядами?

Поле из двух одинаковых зарядов. Чистое поле в любой точке по-прежнему является векторной суммой отдельных полей.В этом случае поле равно нулю в одном месте между зарядами (ровно на полпути между ними, если они имеют одинаковую величину).

электрических полей — обучение — ScienceFlip

Electric Fields — Learn

Электрическое поле — это область пространства вокруг заряженного объекта, в которой другой заряженный объект будет испытывать силу. Электрическое поле является векторной величиной, потому что оно имеет как величину, так и направление. Сила, которую испытывает заряженный объект, является либо притягивающей, либо отталкивающей, в зависимости от зарядов двух объектов.Подобные заряды отталкиваются (положительно-положительные или отрицательно-отрицательные), в отличие от зарядов притягиваются (положительно-отрицательные)

Электрические поля представлены линиями поля. Линии поля — полезный способ визуализировать силу и направление поля. При рисовании силовых линий электрического поля вокруг заряженного объекта (в двух измерениях) применяются следующие моменты:

• Линии поля указывают в направлении силы, которую будет испытывать положительный заряд внутри поля
• Линии электрического поля начинаются с положительных зарядов и заканчиваются отрицательными зарядами
• Положительный заряд испытывает силу в направлении электрического поля, а отрицательный заряд испытывает силу, противоположную направлению поля
• Расстояние между линиями поля указывает на напряженность поля.Чем ближе линии друг к другу, тем сильнее поле
• Вокруг точечных зарядов, которые можно представить как маленькие заряженные сферы без пространственной протяженности, электрическое поле излучается во всех направлениях (трех измерениях)
• Между двумя противоположно заряженными параллельными пластинами силовые линии параллельны, поэтому поле имеет однородную напряженность
• Когда заряженные частицы находятся в электрическом поле, они ускоряются в направлении действующей на них силы

Ниже приведены некоторые общие схемы полей:

Точечные сборы

Пары сборов

Диполи

Пластины с параллельным зарядом

Множественные заряды — Физика колледжа, главы 1-17

Сводка

• Рассчитайте общую силу (величину и направление), прилагаемую к испытательному заряду от более чем одного заряда
• Опишите диаграмму электрического поля точечного положительного заряда; отрицательного точечного заряда с удвоенной величиной положительного заряда
• Проведите линии электрического поля между двумя точками одного заряда; между двумя точками противоположного заряда.

Рисунки с использованием линий для представления электрических полей вокруг заряженных объектов очень полезны для визуализации напряженности и направления поля. Поскольку электрическое поле имеет как величину, так и направление, оно является вектором. Как и все векторы, электрическое поле может быть представлено стрелкой, длина которой пропорциональна ее величине и которая указывает в правильном направлении. (Мы часто использовали стрелки для обозначения векторов силы, например.)

На рисунке 1 показаны два графических изображения одного и того же электрического поля, созданного положительным точечным зарядом [латекс] \ boldsymbol {Q} [/ latex].На рисунке 1 (b) показано стандартное представление с использованием сплошных линий. На рисунке 1 (b) показаны многочисленные отдельные стрелки, каждая из которых представляет силу, действующую на пробный заряд [латекс] \ boldsymbol {q} [/ latex]. Силовые линии — это, по сути, карта векторов бесконечно малых сил.

Обратите внимание, что электрическое поле определено для положительного тестового заряда [латекс] \ boldsymbol {q} [/ latex], так что силовые линии направлены от положительного заряда в сторону отрицательного заряда. (См. Рис. 2.) Напряженность электрического поля точно пропорциональна количеству силовых линий на единицу площади, поскольку величина электрического поля для точечного заряда равна [латекс] \ boldsymbol {E = k | Q | / r ^ 2} [/ latex] и площадь пропорциональна [latex] \ boldsymbol {r ^ 2} [/ latex].Это графическое представление, в котором силовые линии представляют направление, а их близость (то есть их поверхностная плотность или количество линий, пересекающих единицу площади) представляет силу, используется для всех полей: электростатического, гравитационного, магнитного и других.

Во многих ситуациях взимается несколько раз.Общее электрическое поле, создаваемое несколькими зарядами, представляет собой векторную сумму отдельных полей, создаваемых каждым зарядом. В следующем примере показано, как добавить векторы электрического поля.

Добавление электрических полей

Найдите величину и направление полного электрического поля, создаваемого двумя точечными зарядами, [латексом] \ boldsymbol {q_1} [/ latex] и [латексом] \ boldsymbol {q_2} [/ latex], в начале координат систему, как показано на рисунке 3.

Стратегия

Поскольку электрическое поле является вектором (имеющим величину и направление), мы добавляем электрические поля с помощью тех же векторных методов, которые используются для других типов векторов. Сначала мы должны найти электрическое поле, создаваемое каждым зарядом в интересующей точке, которая в данном случае является началом системы координат (O). Мы делаем вид, что есть положительный тестовый заряд [латекс] \ boldsymbol {q} [/ latex] в точке O, что позволяет нам определить направление полей [латекс] \ boldsymbol {\ textbf {E} _1} [/ latex] и [latex] \ boldsymbol {\ textbf {E} _2} [/ latex].5 \; \ textbf {N} / \ textbf {C}.} \ End {array} [/ latex]

В этом решении сохранены четыре цифры, чтобы продемонстрировать, что [латекс] \ boldsymbol {E_1} [/ latex] ровно в два раза превышает величину [latex] \ boldsymbol {E_2} [/ latex]. Теперь стрелки нарисованы для обозначения величин и направлений [латекса] \ boldsymbol {E_1} [/ latex] и [latex] \ boldsymbol {E_2} [/ latex]. (См. Рис. 3.) Направление электрического поля — это направление силы, действующей на положительный заряд, поэтому обе стрелки указывают прямо от положительных зарядов, которые их создают.{\ circ}} [/ latex] над осью x .

Обсуждение

В случаях, когда добавляемые векторы электрического поля не перпендикулярны, можно использовать компоненты вектора или графические методы. Общее электрическое поле в этом примере — это полное электрическое поле только в одной точке пространства. Чтобы найти полное электрическое поле, создаваемое этими двумя зарядами для всей области, необходимо повторить тот же метод для каждой точки в этой области. Этой невероятно длительной задачи (существует бесконечное количество точек в пространстве) можно избежать, вычислив общее поле в репрезентативных точках и используя некоторые объединяющие функции, указанные ниже.

На рисунке 4 показано, как можно нарисовать электрическое поле от двух точечных зарядов, найдя полное поле в представительных точках и проведя линии электрического поля, согласующиеся с этими точками. Хотя электрические поля от нескольких зарядов сложнее, чем от одиночных зарядов, легко заметить некоторые простые особенности.

Например, поле между одноименными зарядами слабее, как показано линиями, расположенными дальше друг от друга в этой области. (Это потому, что поля от каждого заряда оказывают противоположные силы на любой заряд, расположенный между ними.) (См. Рисунок 4 и рисунок 5 (а).) Кроме того, на большом расстоянии от двух одинаковых зарядов поле становится идентичным полю от одного большего заряда.

На рис. 5 (б) показано электрическое поле двух разноименных зарядов. Поле между зарядами сильнее. В этой области поля от каждого заряда имеют одинаковое направление, поэтому их сила увеличивается. Поле двух разноименных зарядов слабо на больших расстояниях, потому что поля отдельных зарядов направлены в противоположные стороны, и поэтому их силы уменьшаются.На очень больших расстояниях поле двух разнородных зарядов выглядит как поле меньшего одиночного заряда.

Мы используем линии электрического поля для визуализации и анализа электрических полей (линии являются графическим инструментом, а не физическими объектами сами по себе). Свойства силовых линий электрического поля для любого распределения заряда можно резюмировать следующим образом:

1. Полевые линии должны начинаться с положительных зарядов и заканчиваться на отрицательных зарядах или на бесконечности в гипотетическом случае изолированных зарядов.
2. Количество силовых линий, оставляющих положительный заряд или входящих в отрицательный, пропорционально величине заряда.
3. Напряженность поля пропорциональна близости силовых линий, точнее, пропорциональна количеству линий на единицу площади, перпендикулярных линиям.
4. Направление электрического поля касается силовой линии в любой точке пространства.
5. Линии поля никогда не пересекаются.

Последнее свойство означает, что поле уникально в любой точке.Линия поля представляет направление поля; поэтому, если они пересекутся, поле будет иметь два направления в этом месте (невозможно, если поле уникальное).

Исследования PhET: заряды и поля

Перемещайте точечные заряды по игровому полю, а затем просматривайте электрическое поле, напряжения, эквипотенциальные линии и многое другое. Это красочно, динамично, бесплатно.

• Рисунки линий электрического поля — полезные визуальные инструменты.Свойства силовых линий электрического поля для любого распределения заряда таковы:
• Полевые линии должны начинаться с положительных зарядов и заканчиваться на отрицательных зарядах или на бесконечности в гипотетическом случае изолированных зарядов.
• Количество силовых линий, оставляющих положительный заряд или входящих в отрицательный, пропорционально величине заряда.
• Напряженность поля пропорциональна близости силовых линий, точнее, пропорциональна количеству линий на единицу площади, перпендикулярных линиям.
• Направление электрического поля касается силовой линии в любой точке пространства.
• Линии поля никогда не пересекаются.

Концептуальные вопросы

1: Сравните и сопоставьте кулоновское силовое поле и электрическое поле. Для этого составьте список из пяти свойств кулоновского силового поля, аналогичных пяти свойствам, перечисленным для силовых линий электрического поля. Сравните каждый элемент в вашем списке свойств кулоновского силового поля со свойствами электрического поля — они одинаковые или разные? (Например, силовые линии электрического поля не могут пересекаться.Верно ли то же самое и для силовых линий кулоновского поля?)

2: На рисунке 7 показано электрическое поле, распространяющееся на три области, обозначенные I, II и III. Ответьте на следующие вопросы. (а) Существуют ли отдельные обвинения? Если да, то в каком регионе и каковы их признаки? б) Где поле наиболее сильное? (c) Где он самый слабый? (d) Где поле наиболее однородно?

Проблемные упражнения

1: (a) Нарисуйте линии электрического поля возле точечного заряда [латекс] \ boldsymbol {+ q} [/ latex].(b) Проделайте то же самое с точечным зарядом [латекс] \ boldsymbol {-3.00q} [/ latex]

2: Нарисуйте линии электрического поля на большом расстоянии от распределений заряда, показанных на рис. 5 (a) и (b)

3: На рисунке 8 показаны силовые линии электрического поля возле двух зарядов [латекс] \ boldsymbol {q_1} [/ latex] и [латекс] \ boldsymbol {q_2} [/ latex]. Каково соотношение их величин? (б) Нарисуйте линии электрического поля на большом расстоянии от зарядов, показанных на рисунке.

4: Нарисуйте линии электрического поля вблизи двух противоположных зарядов, где отрицательный заряд в три раза больше по величине, чем положительный. (См. Рисунок 8 для аналогичной ситуации).

Глоссарий

электрическое поле

Трехмерная карта электрической силы, распространяющейся в космос от точечного заряда

силовые линии электрического поля

Серия линий, проведенных от точечного заряда, представляющая величину и направление силы, прилагаемой этим зарядом

вектор

величина, имеющая как величину, так и направление

сложение векторов

математическая комбинация двух или более векторов, включая их величины, направления и положения

Электрическое поле: определение, единицы, формула, линии, интенсивность (с примерами)

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Автор GAYLE TOWELL

Поначалу концепция поля может показаться немного абстрактной.Что это за загадочная невидимая вещь, заполняющая космос? Это может звучать как что-то из научной фантастики!

Но на самом деле поле — это просто математическая конструкция или способ присвоения вектора каждой области пространства, который дает некоторое представление о том, насколько сильным или слабым является эффект в каждой точке.

Определение электрического поля

Так же, как объекты с массой создают гравитационное поле, объекты с электрическим зарядом создают электрические поля.Значение поля в любой заданной точке дает вам информацию о том, что произойдет с другим объектом, когда он будет помещен туда. В случае гравитационного поля это дает информацию о том, какую гравитационную силу почувствует другая масса.

Электрическое поле — это векторное поле, которое назначает каждой точке в пространстве вектор, указывающий электростатическую силу на единицу заряда в этом месте. 2}

Это тот же результат, который дает закон Кулона для электрической силы.

Поле в любой заданной точке из-за нескольких зарядов источника или распределения зарядов является векторной суммой поля из-за каждого заряда в отдельности. Например, если поле, создаваемое только зарядом источника Q ₁ в данной точке, равно 3 Н / Кл вправо, а поле, создаваемое только зарядом источника Q ₂ при та же точка на 2 Н / К слева, тогда поле в этой точке из-за обоих зарядов будет 3 Н / К — 2 Н / К = 1 Н / К справа.

Линии электрического поля

Часто электрические поля изображаются в пространстве сплошными линиями. Векторы поля касаются силовых линий в любой заданной точке, и эти линии указывают путь, по которому будет перемещаться положительный заряд, если ему позволено свободно перемещаться в поле.

Напряженность поля или напряженность электрического поля указывается расстоянием между линиями. Поле сильнее там, где силовые линии ближе друг к другу, и слабее там, где они более разбросаны.Линии электрического поля, связанные с положительным точечным зарядом, выглядят следующим образом:

Силовые линии диполя напоминают силовые линии точечного заряда на внешних краях диполя, но между ними сильно различаются:

••• wikimedia Commons

Могут ли когда-либо пересекаться линии электрического поля?

Чтобы ответить на этот вопрос, подумайте, что произойдет, если линии поля действительно пересекутся.

Как упоминалось ранее, векторы поля всегда касаются линий поля.Если две линии поля пересекаются, то в точке пересечения будет два разных вектора поля, каждый из которых указывает в разном направлении.

Но этого не может быть. У вас не может быть двух разных векторов поля в одной и той же точке пространства. Это предполагает, что положительный заряд, помещенный в этом месте, каким-то образом перемещается в более чем одном направлении!

Итак, ответ — нет, линии поля не могут пересекаться.

Электрические поля и проводники

В проводнике электроны могут двигаться свободно.Если внутри проводника присутствует электрическое поле, то эти заряды будут перемещаться под действием электрической силы. Обратите внимание, что как только они переместятся, это перераспределение зарядов начнет вносить вклад в чистое поле.

Электроны будут продолжать движение, пока в проводнике существует ненулевое поле. Следовательно, они перемещаются, пока не распределятся таким образом, чтобы уничтожить внутреннее поле.

По той же причине любой полезный заряд, помещенный на проводник, всегда лежит на поверхности проводника.Это потому, что одинаковые заряды будут отталкиваться, равномерно распределяясь как можно более равномерно и далеко, каждый из которых вносит свой вклад в чистое внутреннее поле таким образом, что их эффекты нейтрализуют друг друга.

Следовательно, в статических условиях поле внутри проводника всегда равно нулю.

Это свойство проводников позволяет обеспечить электрическое экранирование . То есть, поскольку свободные электроны в проводнике всегда будут распределяться так, что они нейтрализуют поле внутри, то все, что содержится в проводящей сетке, будет защищено от внешних электрических сил.

Обратите внимание, что силовые линии электрического поля всегда входят и выходят из поверхности проводника перпендикулярно. Это связано с тем, что любая параллельная составляющая поля заставит свободные электроны на поверхности двигаться, что они и будут делать до тех пор, пока в этом направлении не исчезнет чистое поле.

Примеры электрического поля

Пример 1: Какое электрическое поле находится на полпути между зарядом +6 мкКл и зарядом +4 мкКл, разделенных 10 см? Какую силу испытывает тестовый заряд +2 мкКл в этом месте?

Начните с выбора системы координат, в которой положительная ось x указывает вправо, и пусть заряд +6 мкКл лежит в начале координат, а заряд +4 мкКл находится на уровне x = 10 см.