Электрическое поле (электростатическое)

	Электрическое поле (электростатическое)		Статьи по темам (справочный материал) Опыт Милликена (определение заряда электрона)
		Электрическое поле существует в пространстве вокруг любого заряженного тела. Его нельзя потрогать или увидеть, но оно так же  материально, как и любой другой передатчик взаимодействия (например пружина между телами). Электрическое поле условились изображать графически  в виде стрелок, выходящих из положительных зарядов и заканчивающихся на отрицательных зарядах.
	Все заряженные тела взаимодействуют друг с другом посредством электрического поля. Наличие электрического поля можно определить только с помощью действия на заряд (то есть на другое электрическое поле). По величине силы действия на пробный заряд можно судить о напряженности электрического поля (силовая характеристика поля).
		Электрическое поле потенциально (т. е. его работа не зависит от формы траектории). На любой замкнутой траектории работа электрического поля равна нулю. Работа поля по перемещению заряда, отнесенная к перемещаемому заряду определяет  разность потенциалов (энергетическая характеристика поля).
	Разность потенциалов между выбранной точкой и точкой, потенциал которой считается равной нулю называется потенциалом электростатического поля. Выбор точки с нулевым потенциалом условен и производится из соображений удобства.
		Так, как любое тело содержит заряженные частицы, то при нахождении тела в электрическом поле они испытывают на себе его действие. При этом частицы, слабо удерживающиеся на своих местах (как, например электроны в проводниках) начинают перемещаться под действием сил электрического поля. При этом в телах происходит разделение положительных и отрицательных зарядов. В электропроводящих телах наблюдается явление  электростатической индукции , а в непроводящих телах (диэлектриках)- поляризация.
	Красноярский край, Мотыгинский район, п. Орджоникидзе,  «ЭлИТ»		[email protected]

Свойства линий электрического поля

Линия поля — это геометрическое место, которое эксперты определяют по векторному полю и начальному местоположению. Электрические поля связаны с линиями электрического поля. У этих линий много свойств. Наиболее важным свойством является то, что линии поля никогда не пересекаются друг с другом.

Открытие линии электрического поля приписывается Майклу Фарадею. Поскольку силовые линии перпендикулярны поверхности заряда, это помогло ему визуализировать электрическое поле, используя интуицию, а не полагаясь на математический анализ. Продолжайте читать об этих линиях, чтобы понять, почему линии поля никогда не пересекаются друг с другом.

Электрическое поле или электростатическое поле относится к области вокруг электрического заряда, в которой происходит действие электрической силы. Эксперты также называют эту электрическую силу стрессом. Если величина заряда велика, вокруг области может возникнуть огромное напряжение.

Это поле представлено символом E, а его единицей СИ является ньютон на кулон. Это равно вольтам на метр.

Электрическое поле может быть представлено воображаемыми силовыми линиями. Эти воображаемые линии известны как линии электрического поля. Когда заряд положительный, силовые линии электрического поля выходят из заряда. Напротив, когда заряд отрицательный, линии электрического поля движутся к заряду. Более того, силовые линии никогда не пересекаются друг с другом. Кроме того, величина заряда и количество силовых линий пропорциональны друг другу.

Почему силовые линии никогда не пересекаются?

Важно отметить, что касательная в любой точке силовой линии показывает направление электрического поля в этой точке. Теперь, если имеет место пересечение двух силовых линий, то будет две касательные. Эти касательные находятся в точке пересечения из-за этих двух линий.

Следовательно, в такой ситуации можно наблюдать два направления электрического поля в одной точке. Однако электрическое поле не может иметь двух направлений в конкретной точке. Поэтому силовые линии никогда не пересекаются друг с другом.

Типы электрического поля

Электрические поля можно разделить на два типа:

Однородное электрическое поле:

Однородное электрическое поле постоянно в каждой точке. Специалисты получают такое поле, располагая два проводника параллельно друг другу. Они также гарантируют, что разность потенциалов между ними в каждой точке окажется одинаковой.

Неоднородное электрическое поле:

Неоднородное электрическое поле — это поле, которое неоднородно в каждой точке. Это поле характеризуется различной величиной и направлением.

Свойства линий электрического поля

Вот различные свойства линий электрического поля:

• Они начинаются с положительного заряда.
• Эти линии заканчиваются на отрицательном заряде.
• Движение силовых линий электрического поля направлено в сторону от положительного электрического заряда.
• Движение силовых линий электрического поля направлено к отрицательному электрическому заряду.
• Касательная может быть проведена в любой точке линии электрического поля, тем самым определяя направление поля в этой точке.
• Электрическое поле никогда не может иметь двух направлений в одной точке. Следовательно, силовые линии никогда не пересекаются друг с другом.
• Величина заряда и количество силовых линий пропорциональны друг другу.
• Линии электрического поля входят или выходят из заряженной поверхности обычным образом.
• Линии поля расположены равномерно, параллельно и прямолинейны в однородном электрическом поле.
• Линии поля перпендикулярны поверхности заряда.

• Линии электрического поля не могут проходить через проводник. Таким образом, внутри проводника электрическое поле всегда равно нулю.
• На линии электрического поля может влиять сила притяжения между двумя противоположно заряженными объектами. Из-за этого они имеют тенденцию сокращаться в длину.
• Линии электрического поля представляют собой непрерывные кривые в области, свободной от заряда.
• Расширение электрических силовых линий имеет тенденцию происходить в боковом направлении. Это означает, что эти линии имеют тенденцию отделяться друг от друга в направлении, перпендикулярном их длине. Причиной этого является наличие силы отталкивания между зарядами.

Заключение

Электрические поля связаны с линиями электрического поля. Наиболее важным свойством этих линий является то, что линии поля никогда не пересекаются друг с другом. Электрическое поле относится к области вокруг электрического заряда, в которой происходит действие электрической силы. Его символ — Е, а его единица СИ — Ньютон на кулон. Электрическое поле не может иметь два направления в одной точке. Таким образом, линии поля никогда не пересекаются друг с другом. Двумя типами электрических полей являются однородные электрические поля и неоднородные электрические поля.

Линии электрического поля: множественные заряды

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Рассчитать общую силу (величину и направление), действующую на испытательный заряд от более чем одного заряда
• Описать диаграмму электрического поля положительного точечного заряда; отрицательного точечного заряда с удвоенной величиной положительного заряда
• Проведите силовые линии электрического поля между двумя точками с одинаковым зарядом; между двумя точками противоположного заряда.

Чертежи с использованием линий для представления электрических полей вокруг заряженных объектов очень полезны для визуализации силы и направления поля. Поскольку электрическое поле имеет как величину, так и направление, оно является вектором. Как и все векторов , электрическое поле может быть представлено стрелкой, длина которой пропорциональна его величине и которая указывает в правильном направлении. (Например, мы широко использовали стрелки для обозначения векторов силы.

)

На рисунке 1 показаны два графических изображения одного и того же электрического поля, создаваемого положительным точечным зарядом В . На рис. 1b показано стандартное представление с использованием сплошных линий. На рис. 1b показаны многочисленные отдельные стрелки, каждая из которых представляет силу, действующую на испытательный заряд q . Силовые линии представляют собой карту бесконечно малых векторов силы.

Рис. 1. Два эквивалентных представления электрического поля, обусловленного положительным зарядом

Q . (а) Стрелки, обозначающие величину и направление электрического поля. (b) В стандартном представлении стрелки заменены непрерывными силовыми линиями, имеющими то же направление в любой точке, что и электрическое поле. Близость линий напрямую связана с силой электрического поля. Пробный заряд, помещенный в любом месте, почувствует силу в направлении линии поля; эта сила будет иметь силу, пропорциональную плотности линий (например, вблизи заряда). 92}\\[/latex] и площадь пропорциональна r ² . Это графическое представление, в котором силовые линии представляют направление, а их плотность (т. е. их плотность или число линий, пересекающих единицу площади) представляет силу, используется для всех полей: электростатического, гравитационного, магнитного и других.

Рис. 2. Электрическое поле, окружающее три различных точечных заряда. а) Положительный заряд. (b) Отрицательный заряд равной величины. в) Больший отрицательный заряд.

Во многих случаях взимается несколько платежей. Полное электрическое поле, создаваемое несколькими зарядами, представляет собой векторную сумму отдельных полей, создаваемых каждым зарядом. В следующем примере показано, как добавить векторы электрического поля. Пример 1. Добавление электрических полей на рис. 3.

Рис. 3. Электрические поля E ₁ и E ₂ в начале координат O прибавить к E _к .

Стратегия

Поскольку электрическое поле является вектором (имеющим величину и направление), мы добавляем электрические поля с помощью тех же векторных методов, что и для других типов векторов. Сначала мы должны найти электрическое поле каждого заряда в интересующей точке, которая в данном случае является началом системы координат (O). Делаем вид, что есть положительный тестовый заряд, 95\text{ N/C}\end{array}\\[/latex]

Четыре цифры были сохранены в этом решении, чтобы проиллюстрировать, что E ₁ ровно в два раза больше величины E ₂ . Теперь стрелки изображают величины и направления E ₁ и E ₂ . (См. рис. 3.) Направление электрического поля совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд, поэтому обе стрелки указывают прямо в сторону от создающих их положительных зарядов. Стрелка на 9{\circ}\end{array}\\[/latex]

или на 63,4º выше оси x .

Обсуждение

В случаях, когда добавляемые векторы электрического поля не перпендикулярны, можно использовать векторные компоненты или графические методы. Полное электрическое поле, найденное в этом примере, является полным электрическим полем только в одной точке пространства. Чтобы найти полное электрическое поле, обусловленное этими двумя зарядами, во всей области, тот же метод необходимо повторить для каждой точки области. Этой невероятно длительной задачи (в пространстве существует бесконечное количество точек) можно избежать, вычислив полное поле в репрезентативных точках и воспользовавшись некоторыми объединяющими свойствами, отмеченными далее.

Рис. 4. Два положительных точечных заряда q ₁ и q ₂ создают результирующее электрическое поле, показанное на рисунке. Поле рассчитывается в репрезентативных точках, а затем сглаживаются линии поля в соответствии с правилами, изложенными в тексте.

На рисунке 4 показано, как можно изобразить электрическое поле от двух точечных зарядов, найдя полное поле в репрезентативных точках и нарисовав линии электрического поля, соответствующие этим точкам.

Хотя электрические поля от нескольких зарядов более сложны, чем поля одиночных зарядов, легко заметить некоторые простые особенности.

Например, между одинаковыми зарядами поле слабее, о чем свидетельствуют линии, расположенные дальше друг от друга в этой области. (Это связано с тем, что поля от каждого заряда воздействуют на любой заряд, помещенный между ними, противоположными силами.) (См. рис. 4 и рис. 5а.) Кроме того, на большом расстоянии от двух одинаковых зарядов поле становится идентичным полю от одиночного заряда. , больший заряд. На рис. 5б показано электрическое поле двух разноименных зарядов. Поле сильнее между зарядами. В этой области поля от каждого заряда имеют одинаковое направление, поэтому их сила складывается. Поле двух разноименных зарядов слабо на больших расстояниях, потому что поля отдельных зарядов направлены в противоположные стороны, и поэтому их силы вычитаются. На очень больших расстояниях поле двух разноименных зарядов выглядит как поле меньшего одиночного заряда.

Рис. 5. (a) Два отрицательных заряда создают показанные поля. Оно очень похоже на поле, создаваемое двумя положительными зарядами, за исключением того, что направления противоположны. Между зарядами поле явно слабее. Отдельные силы на пробном заряде в этой области направлены в противоположные стороны. (b) Два противоположных заряда создают показанное поле, которое сильнее в области между зарядами.

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

1. Линии поля должны начинаться на положительных зарядах и заканчиваться на отрицательных зарядах или на бесконечности в гипотетическом случае изолированных зарядов.
2. Количество силовых линий, выходящих из положительного заряда или входящих в отрицательный заряд, пропорционально величине заряда.
3. Сила поля пропорциональна близости линий поля, точнее, пропорциональна количеству линий на единицу площади, перпендикулярных линиям.
4. Направление электрического поля касается линии поля в любой точке пространства.
5. Линии поля никогда не могут пересекаться.

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 уникально).

PhET Explorations: Charges and Fields

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

Нажмите, чтобы запустить симуляцию.

Резюме раздела

• Чертежи линий электрического поля являются полезным визуальным инструментом. Свойства линий электрического поля для любого распределения заряда таковы:
  • Линии поля должны начинаться на положительных зарядах и заканчиваться на отрицательных зарядах или на бесконечности в гипотетическом случае изолированных зарядов.
  • Количество силовых линий, выходящих из положительного заряда или входящих в отрицательный заряд, пропорционально величине заряда.
  • Сила поля пропорциональна близости линий поля, точнее, пропорциональна количеству линий на единицу площади, перпендикулярных линиям.
  • Направление электрического поля касается линии поля в любой точке пространства.
  • Линии поля никогда не могут пересекаться.

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 пункт в вашем списке свойств кулоновского силового поля со свойствами электрического поля — они одинаковые или разные? (Например, линии электрического поля не могут пересекаться. Верно ли то же самое для линий кулоновского поля?)
2. [ссылка] показывает электрическое поле, охватывающее три области, обозначенные I, II и III. Ответьте на следующие вопросы. а) Имеются ли изолированные заряды? Если да, то в каком регионе и каковы их признаки? б) Где поле сильнее? в) Где он слабее всего? г) Где поле наиболее однородно?

Рис. 6.

Задачи и упражнения

1. (a) Нарисуйте линии электрического поля вблизи точечного заряда + q . (b) Сделайте то же самое для точечного заряда −3,00 q .
2. Нарисуйте линии электрического поля на большом расстоянии от распределения заряда, показанного на рис. 5a и 5b.
3. На рис. 8 показаны силовые линии электрического поля вблизи двух зарядов [латекс]{q}_{1}[/латекс] и [латекс]{q}_{2}[/латекс]. Каково соотношение их величин? (b) Нарисуйте силовые линии электрического поля на большом расстоянии от зарядов, показанных на рисунке.

   Рис. 7. Электрическое поле вблизи двух зарядов.

4. Изобразите линии электрического поля вблизи двух противоположных зарядов, где отрицательный заряд в три раза больше по величине, чем положительный.