Электрическое поле | это… Что такое Электрическое поле?

Электрическое поле — одна из составляющих электромагнитного поля; особый вид материи, существующий вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может быть обнаружено благодаря его силовому воздействию на заряженные тела.

Для количественного определения электрического поля вводится силовая характеристика — напряжённость электрического поля — векторная физическая величина, равная отношению силы, с которой поле действует на положительный пробный заряд, помещённый в данную точку пространства, к величине этого заряда. Направление вектора напряженности совпадает в каждой точке пространства с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.

В классической физике, применимой при рассмотрении крупномасштабных (больше размера атома) взаимодействий, электрическое поле рассматривается как одна из составляющих единого электромагнитного поля и проявление электромагнитного взаимодействия.

В квантовой электродинамике — это компонент электрослабого взаимодействия.

В классической физике система уравнений Максвелла описывает взаимодействие электрического поля, магнитного поля и воздействие зарядов на эту систему полей.

Сила Лоренца описывает воздействие электромагнитного поля на частицу.

Эффект поля заключается в том, что при воздействии электрического поля на поверхность электропроводящей среды в её приповерхностном слое изменяется концентрация свободных носителей заряда. Этот эффект лежит в основе работы полевых транзисторов.

Основным действием электрического поля является силовое воздействие

на неподвижные (относительно наблюдателя) электрически заряженные тела или частицы. Если заряженное тело фиксировано в пространстве, то оно под действием силы не ускоряется. На движущиеся заряды силовое воздействие оказывает и магнитное поле (вторая составляющая силы Лоренца).

Содержание 1 Энергия электрического поля 2 Классификация 2. 1 Однородное поле 3 Наблюдение электрического поля в быту 3.1 Электрическое поле внутри проводников с избыточными зарядами 3.2 Электрическое поле внутри проводников с недостатком собственных электронов 4 См. также 5 Литература

Энергия электрического поля

Основная статья: Электромагнитная энергия

Электрическое поле обладает энергией. Плотность этой энергии определяется величиной поля и может быть найдена по формуле

где E — напряжённость электрического поля, D — индукция электрического поля.

Классификация

Однородное поле

Направление линий напряжённости между двумя разнозаряженными пластинами

Однородное поле — это электрическое поле, в котором напряжённость одинакова по модулю и направлению во всех точках пространства. Приблизительно однородным является поле между двумя разноимённо заряженными плоскими металлическими пластинами.

В однородном электрическом поле линии напряжённости направлены параллельно друг другу.

Наблюдение электрического поля в быту

Для того, чтобы создать электрическое поле, необходимо создать электрический заряд. Натрите какой-нибудь диэлектрик о шерсть или что-нибудь подобное, например, пластиковую ручку о собственные чистые волосы. На ручке создастся заряд, а вокруг — электрическое поле. Заряженная ручка будет притягивать к себе мелкие обрывки бумаги. Если натирать о шерсть предмет большей ширины, например, резиновую ленту, то в темноте можно будет видеть мелкие искры, возникающие вследствие электрических разрядов.

Электрическое поле часто возникает возле телевизионного экрана (относится к телевизорам с ЭЛТ) при включении или выключении телеприёмника. Это поле можно почувствовать по его действию на волоски на руках или лице.

Электрическое поле внутри проводников с избыточными зарядами

Из опытов, приводимых в электростатике, известно, что избыточные заряды привнесённые в проводник извне, перемещаются к поверхности проводника и остаются у поверхности проводника. Само перемещение избыточных зарядов к поверхности проводника свидетельствует о наличии электрического поля внутри проводника в период перемещения к поверхности проводника.

Электрическое поле внутри проводников с недостатком собственных электронов

При недостатке собственных электронов тело получает положительный заряд «дырочной» природы. Дырки при этом ведут себя подобно электронам и также распределяются по поверхности тела.

См. также

• Другие поля в физике
• Напряжённость электрического поля
• Однородное электрическое поле
• Электростатическое поле
• Магнитное поле

Литература

• Орир, Джей — Популярная физика: [пер. с англ.].: Мир, 1966. — 446 с.
• Учебник «Элементарный учебник физики» под ред. Ландсберга Г. С., Часть 2 (Электричество и магнетизм.)
• Трофимова Т. И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов.—2-е изд., перераб. и доп.— М.: Высш. шк., 1990.—478 с.: ил. ISBN 5-06-001540-8

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 15 мая 2011.

1.2.Основные векторные величины, характеризующие электромагнитное поле

Силовое воздействие поля на электрические заряды и токи положено в основу определения основных векторных величин, которыми характеризуют поле: напряженности электрического поля

E и индукции магнитного поля B.

1. Напряженность электрического поля – физическая характеристика электрического поля, определяющая силовое воздействие поля на неподвижный электрический заряд.

Напряженность электрического поля является векторной величиной, численно равной отношению силы, с которой электрическое поле действует на положительный зарядq, внесенный в рассматриваемую точку поля, к значению этого заряда, когда величина заряда стремится к нулю

Сила электрического поля, действующая на заряд, направлена вдоль вектора .

Линия напряженности электрического поля – это линия, в каждой точке которой векторнаправлен по касательной к ней.

Под действием электрического поля происходит поляризация вещества т.е. ориентация диполей относительно векторов поля. Поляризация – это сумма всех дипольных моментов вещества, отнесенная к единице объема

Поляризация показывает, насколько вектор электрического смещения индукции в данной среде отличается от вектора электрического смещения в вакууме.

Рис.1.1

Если среда состоит из заряженных частиц (диполей), выстраивающихся по направлению приложенного электрического поля, то поляризация называется ориентационной (рис.1.1). Если среда состоит из нейтральных (в электрическом отношении) частиц, то происходит электронная поляризация, т.е. вытягивается электронная оболочка атомов. В любом случае

где ε₀ = 1/36π∙10^-9 Ф/м = 8,85 пФ/м – электрическая постоянная;

χ_э – электрическая восприимчивость;

–вектор электрического смещения:

где(1+ χ_э) = ε_r

ε_r – относительная электрическая проницаемость;

ε= ε₀ ε_r – абсолютная электрическая проницаемость;

–материальное уравнение для векторов электрического поля.

2. Магнитная индукция – это физическая характеристика магнитного поля, определяющая силовое воздействие на движущийся заряд.

Магнитная индукция – векторная величина, характеризующая магнитное поле в каждой его точке.

Численно магнитную индукцию поля можно определить по механической силе, действующей на движущийся заряд, либо на элемент проводника с током:

Направление силы находят по правилу векторного произведения

(). Механическая силамаксимальна, если вектор скоростиv перпендикулярен вектору индукции B.

Для заряда q, движущегося со скоростью v во внешнем поле:

С вектором магнитной индукции напряженность магнитного поля связана соотношением:

где μ = μ₀ μ_r – абсолютная магнитная проницаемость,

μ₀ = 4π∙10^-7 Гн/м – магнитная постоянная,

μ_r = (1 + χ_M) -– относительная магнитная проницаемость,

–намагниченность, равная сумме магнитных моментов атомов в единице объема вещества:

Намагниченность пропорциональна напряженности приложенного поля:

где χ_М – магнитная восприимчивость. _.

Электрический ток создает магнитное поле как составную часть

электромагнитного поля. Различают токи проводимости, смещения и

переноса.

1. Вектор плотности тока проводимости

образуется движением зарядов в проводящей среде под действием постоянного или переменного во времени поля напряженностью . Он сопровождается выделением тепла по закону Джоуля-Ленца.

2. Вектор плотности тока переноса

образуется заряженными телами и частицами, движущимися в непроводящей среде или в вакууме со скоростью .

3. Вектор плотности тока смещения

наблюдается только в переменном во времени поле.

6. Вектор плотности полного тока

при

Линии плотности полного тока всегда замкнуты

Общим свойством для всех видов тока является создание магнитного поля.

Классификация сред.

Классификация сред проводится в зависимости от поведения макроскопических параметров ε, μ, σ.

По зависимости ε, μ, σ от координаты среды делятся на однородные и неоднородные.

Если макроскопические параметры среды не зависят от координаты, то среда однородная.

Макроскопические параметры ε, μ, σ в большинстве случаев можно считать не зависящими от величины векторов поля. Материальные уравнения оказываются при этом линейными. Соответственно этому употребляется выражение «линейные среды». Однако существуют и имеют важное техническое значение среды, отличающиеся заметной зависимостью макроскопических параметров от векторов поля. Их называют «нелинейными». В электротехнике, как известно, распространены ферромагнетики – вещества, магнитная проницаемость которых значительно и сложным образом зависит от магнитного поля. Им аналогичны сегнетоэлектрики, обладающие сходной зависимостью диэлектрической проницаемости от электрического поля. Нелинейность ряда сред проявляется в сильных полях.

До сих пор говорилось лишь о так называемых изотропных средах, свойства которых одинаковы для полей любых направлений.

Однако существуют среды, проявляющие разные свойства в зависимости от направления поля, они называются анизотропными.

Разделим также среды на проводники и диэлектрики. Для такого разделения сред необходимо ввести определенный критерий.

Идеальным проводником назовем среду, в которой существует только ток проводимости, а в идеальном диэлектрике существует только ток смещения. Для реальных сред эти условия отображаются следующими неравенствами:

если то среда – реальный проводник, если– реальный диэлектрик.

Вопросы для самопроверки

1. Что изучает теория электромагнитного поля?

2. Назовите свойства и особенности электромагнитного поля.

3. Какие величины характеризуют электромагнитное поле?

4. Как можно графически представить электрическое поле двух зарядов?

5. Что называют точечным зарядом?

6. Как определяют напряженность поля, созданного несколькими зарядами?

7. Укажите размерности величин, характеризующих электромагнитное поле.

Электрическое поле — определение, формула, направление электрического поля, единица СИ

Электрическое поле можно рассматривать как электрическое свойство, связанное с каждой точкой пространства, где присутствует заряд в любой форме. Электрическое поле также описывается как электрическая сила на единицу заряда.

Формула электрического поля дается как,

E = F / Q

Где,

E — электрическое поле.
F — сила.
Q — заряд.

Электрические поля обычно вызываются переменными магнитными полями или электрическими зарядами. Напряженность электрического поля измеряется в единицах СИ вольт на метр (В/м).

Направление поля принимается за направление силы, действующей на положительный заряд. Электрическое поле направлено радиально наружу от положительного заряда и радиально к точечному отрицательному заряду.

 

Что такое электрическое поле?

Электрическое поле математически определяется как векторное поле, которое может быть связано с каждой точкой пространства, сила на единицу заряда, действующая на положительный пробный заряд, покоящийся в этой точке.

Электрическое поле создается электрическим зарядом или изменяющимися во времени магнитными полями. В случае атомного масштаба электрическое поле отвечает за силы притяжения между атомным ядром и электронами, которые удерживают их вместе.

Согласно закону Кулона, частица с электрическим зарядом q ₁ в положении x ₁ действует на частицу с зарядом q ₀ в положении x ₀ of,

Где,

r _1,0 — единичный вектор в направлении от точки x ₁ к точке x ₀

ε ₀ — электрическая постоянная, также известная как абсолютная диэлектрическая проницаемость свободного пространства C ² м ^-2 Н ^-1

При зарядах q ₀ и q ₁ имеют одинаковый знак, сила положительна и направлена ​​в сторону от других зарядов, значит, они отталкиваются друг от друга. Когда заряды имеют разные знаки, сила отрицательна, и частицы притягиваются друг к другу.

Электрическое поле есть сила на единицу заряда,

Электрическое поле можно легко найти, используя закон Гаусса, который гласит, что полный электрический поток, исходящий от замкнутой поверхности, равен заключенному в ней заряду, деленному на диэлектрическую проницаемость.

Или общий поток, связанный с поверхностью, в 1/ ε ₀ раз превышает заряд, заключенный на замкнутой поверхности.

\(\begin{array}{l}\oint \vec{E}\cdot \vec{d}s = \frac{1}{\epsilon _{o}}q\cdot\end{array} \)

Электрическое поле также можно рассчитать по закону Кулона, но проще по закону Гаусса. Кроме того, закон Гаусса — это всего лишь копия закона Кулона. Если мы применим теорему Гаусса к точечному заряду, заключенному в сферу, мы придем к закону Кулона.

Как найти электрическое поле, используя закон Гаусса?

Они включают несколько шагов.

1. Первоначально необходимо найти пространственную симметрию (сферическую, цилиндрическую, плоскую) распределения заряда.
2. Далее нам нужно найти гауссову симметрию, такую ​​же, как и симметрию пространственного расположения.
3. Найдите интеграл по поверхности Гаусса, а затем найдите поток.
4. Найдите заряд, заключенный в гауссовой поверхности.
5. Найдите электрическое поле распределения зарядов, электрическое поле, обусловленное точечным зарядом.

Электрическое поле представляет собой векторное поле, связанное с кулоновской силой, испытываемой пробным зарядом в каждой точке пространства до исходного заряда. Величину и направление электрического поля можно определить по кулоновской силе F, действующей на пробный заряд q. Если поле создано положительным зарядом, электрическое поле будет направлено радиально наружу, а если поле создано отрицательным зарядом, электрическое поле будет направлено радиально внутрь.

Пусть точечный заряд Q помещен в вакуум. Тогда, если ввести еще один точечный заряд q (пробный заряд) на расстоянии r от заряда Q,

 

Тогда электрическое поле в точке p из-за точечного заряда Q определяется выражением,

\(\begin{array}{l}\vec{E} = \frac{\vec{F}}{Q}\end{array} \)

Направление электрического поля точечного заряда Q показано на рисунке выше. Величина электрического поля пропорциональна длине E. Если тестовый заряд, который относительно больше, помещается в область исходного заряда Q, он должен изменить исходное электрическое поле из-за исходного заряда. Простой способ избежать этого конфликта — использовать очень незначительный тестовый заряд q. 9{2}} \шляпа{г}\конец{массив} \)

Электрическое поле из-за линейного заряда

Одним из приложений закона Гаусса является нахождение электрического поля, создаваемого заряженной частицей. Электрическое поле из-за линейного заряда можно легко найти с помощью закона Гаусса. Считай,

Линейный заряд представляет собой тонкий заряженный стержень с линейной плотностью заряда λ.

 

Чтобы найти электрическую напряженность в точке P на перпендикулярном расстоянии r от стержня, рассмотрим прямоугольный замкнутый цилиндр радиуса r и длины l с бесконечно длинной линией заряда в качестве оси.

Величина напряженности электрического поля в каждой точке искривленной поверхности гауссовой поверхности (цилиндра) одинакова, так как все точки находятся на одинаковом расстоянии от линии заряда.

Следовательно, вклад искривленной поверхности цилиндра в электрический поток,

2 Πrl — криволинейная поверхность цилиндра.

На концах цилиндра угол между электрическим полем и его направлением равен 90 ^o . Таким образом, эти концы цилиндра не окажут никакого влияния на электрический поток.

Следовательно,

ϕ E =q/ ε _или

Заряд, заключенный в цилиндр = линейная плотность заряда × длина = λ l, поэтому по закону Гаусса

ϕ E =q/ ε _или

E(2 Π rl)= λ l/ ε _o

или

E= λ /(2 Π ε _или r)

Читайте также: Закон Фарадея

Электрическое поле из-за кольца

Мы хотим найти электрическое поле в осевой точке P, обусловленное однородно заряженным кольцом, как показано на рисунке:

 

 

Центр кольца находится в точке О.

Окружность окружности образует угол θ с линией OP, проведенной из центра кольца в точку P.

Теперь рассмотрим небольшой элемент кольца как dq и вычислим поле в точке P, обусловленное этим элементом заряда.

Мы знаем, что электрическое поле в точке P равно 9{2} \right )\frac{3}{2}}\hat{r}\end{массив} \)

Направление поля вдоль OP.

Электрическое поле из-за непрерывного распределения заряда

Здесь нужно учитывать, что заряды распределены непрерывно по длине, поверхности или объему.

Если мы хотим найти электрическое поле с поверхностью, которая непрерывно несет заряды по поверхности, невозможно найти электрическое поле для каждой заряженной составляющей. Итак, чтобы решить эту задачу, мы рассматриваем элементарную область и интегрируем ее.

Если общий заряд, переносимый элементом площади, равен Δ Q, то плотность заряда элемента равна

\(\begin{array}{l}\sigma = \frac{\Delta Q}{\Delta s}\end{array} \)

σ Кл/м ²

Аналогично, в случае распределения заряда вдоль отрезка длиной Δl линейная плотность заряда равна,

\(\begin{array}{l}\lambda = \frac{\Delta Q}{\Delta l}\end{array} \)

λ Кл/м

Аналогично, в случае заряда, распределенного вдоль элемента объема Δv, объемная плотность может быть определена как,

\(\begin{array}{l}\rho = \frac{\Delta Q}{\Delta V}\end{array} \)

ρ см/м ³

Теперь рассмотрим случай непрерывного распределения заряда. Мы рассчитаем электрическое поле, обусловленное этим зарядом, в точке P. Здесь нам нужно разделить тело на различные элементы, а затем рассмотреть один элемент объемом Δ v , плотность заряда которого равна ρ. Пусть расстояние элемента объема от точки P равно r. Тогда заряд в элементе объема равен ρ Δv. Таким образом, электрическое поле равно 9{2}}\шляпа{г}\конец{массив} \)

Электрическое поле, создаваемое однородно заряженной сферой

Пусть σ — плотность однородного поверхностного заряда сферы радиусом R.

 

Найдем напряженность электрического поля в точке Р вне или внутри оболочки.

Поле вне оболочки

Нам нужно найти напряженность электрического поля в точке P вне сферической оболочки такой, что OP = r.

Здесь мы берем поверхность Гаусса как сферу радиуса r.

Тогда напряженность электрического поля одинакова в каждой точке гауссовой поверхности, направленной радиально наружу,

Итак, по теореме Гаусса

Итак, ясно, что электрическая напряженность в любой точке вне сферической оболочки такова, как будто весь заряд сосредоточен в центре оболочки.

Поле на поверхности оболочки

Здесь имеем r = R

Следовательно,

E = q / (4 Π R ² ε _О )

Если σ Кл/м ² – плотность заряда на оболочке,

Затем

q=4 Π R ² . о

Следовательно,

E = (4 Π R ² . σ ) / (4 Π R ² . ε _O ) = σ /ε ₀

Поле внутри оболочки

Если точка P лежит внутри сферической оболочки, то поверхность Гаусса является поверхностью сферы радиуса r.

 

Поскольку внутри сферической оболочки нет заряда, гауссова поверхность не содержит заряда. То есть q = 0,

Следовательно,

Е = 0

Следовательно, поле внутри сферической оболочки всегда равно нулю.

Рекомендуемые видео

Электрическое поле – основные важные вопросы и концепции JEE

Электростатика – Линии электрического поля и электрический поток

Электростатика – Электрическое поле и электрический диполь

Электрические заряды и поля – 10 самых важных вопросов JEE

Электрические заряды и поля Однократная редакция

Часто задаваемые вопросы об электрическом поле

Q1

Что такое электрическое поле?

Пространство, окружающее электрический заряд или группу зарядов, в котором другой заряд испытывает силу, называется электрическим полем.

Q2

Когда говорят, что электрическое поле однородно?

Если говорят, что сила, действующая на пробный заряд, одинакова во всех точках поля как по величине, так и по направлению, то говорят, что поле однородно.

Q3

Когда говорят, что электрическое поле неоднородно?

Если сила, действующая на пробный заряд, изменяется от точки к точке поля, то говорят, что поле неоднородно.

Q4

Испытывает ли заряд силу собственного поля?

Нет, заряд не будет испытывать никакой силы из-за собственного поля.

электромагнетизм — Почему в свете преобладает электрическое поле?

спросил 10 лет, 6 месяцев назад

Изменено 2 года, 2 месяца назад

Просмотрено 7к раз

$\begingroup$

Я читал книгу о волновых свойствах света, где автор упомянул, что электрическое поле, а не магнитное поле, доминирует над световыми свойствами. Я не понимаю, почему.

В теории Максвелла световое поле имеет одновременно электрическое и магнитное поля, и они перпендикулярны. Кроме того, в некоторых книгах, где рассматривается поляризация, в качестве примера используется только электрическое поле. Например, если вибрация электрического поля направлена ​​вверх и вниз, она не может пройти через поляризатор, который ориентирует 90 градусов к направлению вибрации поля, поэтому свет не проходит через поляризатор. Но что случилось с магнитным полем? Магнитное поле перпендикулярно электрическому полю, так что в этом случае магнитное поле должно проходить через поляризатор, и мы должны иметь исходящий свет, а у нас его нет. Почему это так?

• электромагнетизм
• поляризация
• электромагнитное излучение

$\endgroup$

$\begingroup$

Материалы и, конечно, материалы, прозрачные для света, обладают небольшими магнитными свойствами. Они не состоят из атомов, обладающих сильным ферромагнетизмом. Но все атомы обладают сильными электрическими полями. Это означает, что свет, проходя через прозрачную среду, имеет малую вероятность взаимодействия своей составляющей магнитного поля со средой, которая в основном для него прозрачна.

В качестве более простого примера возьмем поляризатор с проволочной сеткой

Он состоит из правильного набора тонких параллельных металлических проволок, расположенных в плоскости, перпендикулярной падающему лучу. Электромагнитные волны, составляющая электрического поля которых выровнена параллельно проводам, вызывают движение электронов по длине проводов. Поскольку электроны могут свободно двигаться в этом направлении, поляризатор ведет себя аналогично поверхности металла при отражении света; и волна отражается назад вдоль падающего луча (за вычетом небольшого количества энергии, теряемой на джоулев нагрев проволоки).

Поляризатор с проволочной сеткой преобразует неполяризованный луч в луч с одной линейной поляризацией. Цветные стрелки изображают вектор электрического поля. Диагонально-поляризованные волны также вносят свой вклад в передаваемую поляризацию. Их вертикальные компоненты передаются, а горизонтальные поглощаются и отражаются.

Магнитный компонент в этой установке не может взаимодействовать, чтобы повлиять на поглощение света, как это может сделать электрический со свободными электронами в металле провода.

$\endgroup$

4

$\begingroup$

Причина, по которой мы склонны концентрироваться на электрическом поле, заключается в том, что оно сильно взаимодействует с зарядами, т.е. электроны, а вокруг много электронов. Магнитное поле будет сильно взаимодействовать с магнитными зарядами, то есть с магнитными монополями, но, насколько нам известно, магнитных монополей не существует. Так что, вообще говоря, именно электрическое поле доминирует во взаимодействии света с материей. 9В 8 раз больше напряженности электрического поля. .. поэтому по сравнению с величиной электрического поля величина магнитного поля очень мала, следовательно, пренебрежимо мала

$\endgroup$

2

$\begingroup$

Из «Планеты и электромагнитные волны» следует другая причина. Световые волны или лучи взаимодействуют с электрическими полями электронов в солнечном элементе, вызывая возмущение в электронах, в результате чего вырабатывается электричество. В вольфрамовой лампочке электроны пытаются двигаться на очень близкое расстояние из-за напряжения, и в то же время электрические поля этих электронов отталкивают их. Так высвобождается световая энергия. Энергия света связана только с электрическими полями. Визуализируйте световую волну как электрическую составляющую волны. Комбинированной формы волн типа магнитного поля и типа электрического поля с общей длиной волны никем не наблюдалось. В опыте Герца случается, что испускаются как световые волны, так и радиоволны (волны магнитного типа), но не с общей длиной волны.