Site Loader

Содержание

определить напряженность электростатического поля

определить напряженность электростатического поля


Задача 13408

Электростатическое поле создается двумя бесконечными параллельными плоскостями, заряженными равномерно одноименными зарядами с поверхностной плотностью соответственно σ1 = 2 нКл/м2 и σ2 = 4 нКл/м2. Определите напряженность электростатического поля: 1) между плоскостями; 2) за пределами плоскостей. Постройте график изменения напряженности вдоль линии, перпендикулярной плоскостям.


Задача 13409

Электростатическое поле создается двумя бесконечными параллельными плоскостями, заряженными равномерно разноименными зарядами с поверхностной плотностью σ1 = 1 нКл/м2 и σ2 = 2 нКл/м2. Определите напряженность электростатического поля: 1) между плоскостями, 2) за пределами плоскостей. Постройте график изменения напряженности поля вдоль линии, перпендикулярной плоскостям.


Задача 13411

Поле создано двумя равномерно заряженными концентрическими сферами радиусами R1 = 5 см и R2 = 8 см. Заряды сфер соответственно равны Q1 = 2 нКл и Q2 = –1 нКл. Определите напряженность электростатического поля в точках, лежащих от центра сфер на расстояниях: 1) r1 = 3 см; 2) r2 = 6 см; 3) r3 = 10 см. Постройте график зависимости Е(r).


Задача 13415

Внутренний цилиндрический проводник длинного прямолинейного коаксиального провода радиусом R1 = 1,5 мм заряжен с линейной плотностью τ

1 = 0,20 нКл/м. Внешний цилиндрический проводник этого провода радиусом R2 = 3 мм заряжен с линейной плотностью τ2 = –0,15 нКл/м. Пространство между проводниками заполнено резиной (ε = 3). Определите напряженность электростатического поля в точках, лежащих от оси провода на расстояниях: 1) r1 = 1 мм; 2) r2 = 2 мм; 3) r3 = 5 мм.


Задача 60381

Внутренний сплошной эбонитовый (ε = 3) цилиндрический проводник длинного прямолинейного коаксиального провода радиусом R1 = 2 мм заряжен с объемной плотностью ρ = 0,20 нКл/м

3. Внешний полый цилиндрический проводник этого провода радиусом R2 = 4 мм заряжен с поверхностной плотностью σ2 = –0,15 нКл/м2. Определите напряженность электростатического поля в точках, лежащих от оси провода на расстояниях: 1) r1 = 1 мм; 2) r2 = 3 мм; 3) r3 = 5 мм. Построить график зависимости E от r.


Задача 13400

Определите напряженность электростатического поля в точке А, расположенной вдоль прямой, соединяющей заряды Q1 = 10 нКл и Q = -8 нКл и находящейся на расстоянии r = 8 см от отрицательного заряда. Расстояние между зарядами

l = 20 см.


Задача 13214

Определить напряженность электростатического поля и потенциал заряженной сферы радиуса R. Заряд Q равномерно нанесен на поверхность сферы. Нарисовать графики E(r) и φ(r).


Задача 17790

Поле создано точечными зарядами q1 = 10 нКл, q2 = 5 нКл, q3 = –7 нКл, q4 = –6 нКл, расположенными внутри сферы радиусом 15 см. Определите напряженность электростатического поля: 1) на поверхности сферы; 2) на расстоянии r

2 = 20 см от центра сферы. Постройте график зависимости E(r).


Задача 22198

Заряд q = 10 нКл равномерно распределен по дуге окружности, радиус которой R = 1,0 см, а угол раствора α = 2π/3. Используя принцип суперпозиции, определите напряженность электростатического поля Е в центре кривизны дуги.


Задача 22716

Определить напряженность электростатического поля в центре шестиугольника со стороной a, в вершинах которого расположены: а) равные заряды одного знака; б) заряды, равные по модулю, но чередующиеся по знаку.


Задача 22865

Потенциал электростатического поля задан выражением , где а = b = с = 0,1 м. Определить напряженность электростатического поля в точке с координатами х = 0,2 м, у = –0,2 м, z = 0,1 м.


Задача 22866

Потенциал электростатического поля задан выражением , где а = 0,1 м, b = 0,2 м. Определить напряженность электростатического поля в точке с координатами х = у = 0,2 м, z = 0,1 м.


Задача 23135

Расстояние между зарядами q = ±2 нКл равно l = 20 см. Определить напряженность электростатического поля, созданного этими зарядами в точке, находящейся на расстоянии r

1 = 16 см от первого и r2 = 12 см от второго заряда.


Помощь студентам в учёбе от Людмилы Фирмаль

Здравствуйте!

Я, Людмила Анатольевна Фирмаль, бывший преподаватель математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института со стажем работы более 17 лет. На данный момент занимаюсь онлайн обучением и помощью по любыми предметам. У меня своя команда грамотных, сильных бывших преподавателей ВУЗов. Мы справимся с любой поставленной перед нами работой технического и гуманитарного плана. И не важно: она по объёму на две формулы или огромная сложно структурированная на 125 страниц! Нам по силам всё, поэтому не стесняйтесь, присылайте.

Срок выполнения разный: возможно онлайн (сразу пишите и сразу помогаю), а если у Вас что-то сложное – то от двух до пяти дней.

Для качественного оформления работы обязательно нужны методические указания и, желательно, лекции. Также я провожу онлайн-занятия и занятия в аудитории для студентов, чтобы дать им более качественные знания.


Моё видео:



Как вы работаете?

Вам нужно написать сообщение в Telegram . После этого я оценю Ваш заказ и укажу срок выполнения. Если условия Вас устроят, Вы оплатите, и преподаватель, который ответственен за заказ, начнёт выполнение и в согласованный срок или, возможно, раньше срока Вы получите файл заказа в личные сообщения.

Сколько может стоить заказ?

Стоимость заказа зависит от задания и требований Вашего учебного заведения. На цену влияют: сложность, количество заданий и срок выполнения. Поэтому для оценки стоимости заказа максимально качественно сфотографируйте или пришлите файл задания, при необходимости загружайте поясняющие фотографии лекций, файлы методичек, указывайте свой вариант.

Какой срок выполнения заказа?

Минимальный срок выполнения заказа составляет 2-4 дня, но помните, срочные задания оцениваются дороже.

Как оплатить заказ?

Сначала пришлите задание, я оценю, после вышлю Вам форму оплаты, в которой можно оплатить с баланса мобильного телефона, картой Visa и MasterCard, apple pay, google pay.

Какие гарантии и вы исправляете ошибки?

В течение 1 года с момента получения Вами заказа действует гарантия. В течении 1 года я и моя команда исправим любые ошибки в заказе.


Качественно сфотографируйте задание, или если у вас файлы, то прикрепите методички, лекции, примеры решения, и в сообщении напишите дополнительные пояснения, для того, чтобы я сразу поняла, что требуется и не уточняла у вас. Присланное качественное задание моментально изучается и оценивается.

Теперь напишите мне в Telegram или почту и прикрепите задания, методички и лекции с примерами решения, и укажите сроки выполнения. Я и моя команда изучим внимательно задание и сообщим цену.

Если цена Вас устроит, то я вышлю Вам форму оплаты, в которой можно оплатить с баланса мобильного телефона, картой Visa и MasterCard, apple pay, google pay.

Мы приступим к выполнению, соблюдая указанные сроки и требования. 80% заказов сдаются раньше срока.

После выполнения отправлю Вам заказ в чат, если у Вас будут вопросы по заказу – подробно объясню. Гарантия 1 год. В течении 1 года я и моя команда исправим любые ошибки в заказе.


ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ — это… Что такое ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ?

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, одна из форм электромагнитного поля. Создается электрическими зарядами или переменным магнитным полем. Характеризуется напряженностью электрического поля (или электрической индукцией). Напряженность электрического поля у поверхности Земли > 130 В/м, наиболее сильными крупномасштабными электрическими полями обладают пульсары (~1012 В/м). Напряженность внутрикристаллического электрического поля ~1010 В/м. Искровой разряд в воздухе (например, молния) вызывается электрическим полем с напряженностью около 3 млн. В/м. Электрическое поле используется во всех электротехнических, радиотехнических и электрофизических устройствах (электроизмерительных приборах, радиоприемниках, ускорителях заряженных частиц и т.
д.).

Современная энциклопедия. 2000.

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
  • ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Смотреть что такое «ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ» в других словарях:

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ — (электростатическое поле), область вокруг электрического заряда, в которой на каждую заряженную частицу действует некоторая сила. Объект с противоположным зарядом испытывает силу притяжения. Объект, имеющий такой же заряд, как и окружающее его… …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ — частная форма проявления (наряду с магн. полем) электромагнитного поля, определяющая действие на электрич. заряд (со стороны поля) силы, не зависящей от скорости движения заряда. Представление об Э. п. было введено М. Фарадеем в 30 х гг. 19 в.… …   Физическая энциклопедия

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ — (14, а) …   Большая политехническая энциклопедия

  • ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ — частная форма проявления электромагнитного поля; создается электрическими зарядами или переменным магнитным полем и характеризуется напряженностью электрического поля …   Большой Энциклопедический словарь

  • Электрическое поле — одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду этой частицы и не зависящей от ее скорости. .. Источник: ЭЛЕКТРОТЕХНИКА . ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ …   Официальная терминология

  • электрическое поле — Одна из двух сторон электромагнитного поля, характеризующаяся воздействием на электрически заряженную частицу с силой, пропорциональной заряду этой частицы и не зависящей от ее скорости. [ГОСТ Р 52002 2003] EN electric field constituent of an… …   Справочник технического переводчика

  • Электрическое поле —     Классическая электродинамика …   Википедия

  • электрическое поле — 06.01.07 электрическое поле [ electric field]: Составляющая электромагнитного поля, которая характеризуется векторами напряженности электрического поля Е и электрической индукции D. Примечание Во французском языке термин «champ electrique»… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Электрическое поле — Демонстрация поля электростатического заряда. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, одна из форм электромагнитного поля. Создается электрическими зарядами или переменным магнитным полем. Характеризуется напряженностью электрического поля (или электрической… …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • электрическое поле — частная форма проявления электромагнитного поля; создаётся электрическими зарядами или переменным магнитным полем и характеризуется напряжённостью электрического поля. * * * ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ, частная форма проявления… …   Энциклопедический словарь

Электростатическое поле

ПРИЁМЫ
И НАХОДКИ

А.В.КОНДРАТЬЕВ,
школа № 1189 им. И.В.Курчатова, г. Москва
[email protected]

Два подхода к описанию. 10-й класс
У русских профессоров старой школы существовала традиция делать вводные обзоры к своим предметам. Беглый взгляд на материал в целом, изложение всех основных идей в начале курса стимулирует у слушателей интерес к деталям – возникает желание «приблизить картинку». Универсальность подхода к описанию электростатического поля в терминах напряжённости и потенциала заслуживает того, чтобы сказать о нём не только при повторении, но и в самом начале изучения электростатики.

Электростатическое поле не имеет цвета и запаха, его нельзя увидеть или потрогать руками. Все знания о нём базируются на двух его свойствах. Первое: на электрический заряд, помещённый в электростатическое поле, действует сила, пропорциональная величине заряда. Второе: электрический заряд сам создаёт электростатическое поле, которое действует на другие заряды (своего поля заряд не ощущает). Оба свойства допускают количественное описание, причём двумя (почти) эквивалентными способами.


Вид доски в конце урока: описание электростатического поля с помощью вектора напряжённости (слева) и потенциала (справа) – формулы записываются по ход

  • Идея «силового описания» электростатического поля состоит в том, чтобы, взяв пробный заряд qпр, «ходить» с ним по всему пространству и измерять вектор силы F, действующей на qпр в каждой точке. Поскольку отношение F/qпр не зависит от величины пробного заряда (для другого пробного заряда отношение останется тем же), оно принимается в качестве векторной «силовой» характеристики поля – напряжённости E (формула 1). Если поле E всюду известно, на заряд Q, помещённый в точку, определяемую радиус-вектором r, действует сила, равная произведению заряда на вектор напряжённости (2). Таким образом, знание напряжённости поля позволяет предсказать, с какой силой поле подействует на заряд.

Ходить по всему пространству с пробным зарядом и динамометром необязательно, т.к. есть относительно простые способы вычисления напряжённости E. Электростатическое поле создаётся неподвижными зарядами. Точечный заряд q создаёт вокруг себя поле, напряжённость которого по модулю спадает обратно пропорционально квадрату расстояния до этого заряда (формула 3). Любое заряженное тело (или несколько тел) произвольной формы можно мысленно разбить на точечные заряды. Принцип суперпозиции (формула 4) позволяет в любой точке пространства вычислить поле E как векторную сумму полей, создаваемых этими точечными зарядами.

При «силовом описании» первое свойство электростатического поля позволяет дать определение напряжённости поля и формулу для вычисления силы, действующей на заряд в известном поле (мы различаем эти формулы). Второе свойство описывается формулами для поля, создаваемого точечным зарядом, и для принципа суперпозиции.

Свойство поля «действовать на заряд с силой» относится к точке, т.е. является локальным свойством. Напряжённость поля является в этом смысле величиной локальной. Несмотря на прозрачный физический смысл вектора E, для практических целей более удобной оказывается другая возможность описания электростатического поля.

Поскольку в каждой точке поля на заряд действует сила, при перемещении заряда эта сила совершает работу. Любое электростатическое поле устроено таким образом, что оно при перемещении заряда вдоль произвольной замкнутой кривой С на части пути «подталкивает» заряд, а на части «тормозит», и суммарная работа поля всегда оказывается равной нулю. Никакой деформацией кривой С невозможно добиться, чтобы электростатическое поле совершило ненулевую работу к моменту, когда заряд возвращается в исходную точку. В полях, обладающих таким свойством (они называются потенциальными), работа между двумя точками не зависит от пути следования (это легко доказать, рассматривая замкнутые пути, проходящие через любые точки 1 и 2, зафиксировав, например, прямой путь 1 2 и варьируя обратные 2 1).

  • Переформулируем свойство электростатического поля – «действует на заряд с силой» – в его «нелокальный эквивалент» – «при перемещении заряда поле совершает работу». Идея «потенциального» описания: указать работу AAB, которую поле совершает при перемещении пробного заряда qпр из любой точки A в какую-нибудь заранее выбранную точку В. Отношение AAB/qпр определяется только полем (не зависит от величины qпр) и принимается в качестве энергетической характеристики поля в точке A – потенциала A (формула 5).

Если потенциал везде определён, работа поля A12 при перемещении заряда Q между любыми двумя точками 1 и 2 определяется произведением заряда на разность потенциалов в этих точках (формула 6). (Смещение точки B, в которую мы вносим пробный заряд, изменяет потенциал во всех остальных точках на одну и ту же величину, поэтому для вычисления работы поля, зависящей от разности потенциалов, выбор точки B совершенно несуществен.) Знание потенциала в любой точке позволяет предсказать, какая работа будет совершена полем при произвольном перемещении заряда.

Популярность описания поля с помощью потенциала связана с тем, что информация о работе поля зачастую оказывается гораздо более полезной, чем информация о силе, действующей на заряд. Конечно, зная напряжённость поля, можно работу вычислить, но математическая проблема, которая при этом возникает (криволинейный интеграл от векторной функции), оказывается обычно сложнее использования формулы A12Q • (1 – 2).

Потенциал в любой точке можно рассчитать по заданному распределению создающих поле зарядов. Для этого, во-первых, необходимо знать формулу для потенциала на расстоянии r от точечного заряда (7). (Значение константы зависит от того, в какой точке потенциал принимается за нулевой. Физики точку нулевого потенциала обычно выбирают на бесконечности, и постоянная в этой формуле исчезает. Электротехники нулевой потенциал приписывают проводникам очень большой ёмкости и говорят, что «земля имеет нулевой потенциал».) Во-вторых, нужен принцип суперпозиции (формула 8), позволяющий вычислить потенциал, если поле создаётся системой зарядов. Здесь уже складываются числа, а не векторы.

Таким образом, на два свойства электрического поля (дающих рецепт его обнаружения и создания) приходится по четыре формулы – на каждый способ описания. Напряжённость и потенциал содержат почти одинаковое количество информации о поле. По заданному распределению потенциала в пространстве напряжённость поля находится однозначно. Обратное верно при условии, что указана точка, где потенциал принимается равным нулю.

Литература

Куринский В.А. Автодидактика. – М.: Автодидакт, 1994.

Шилейко А.В., Шилейко Т.И. В океане энергии. – М.: Знание, 1989.

Андрей Владимирович Кондратьев закончил физфак МГУ им. М.В.Ломоносова в 1997 г. по специальности «Физика». С 1995 г. – учитель физики в школе № 1189. Считает, что газета «Физика» очень важна, ведь своя профессиональная газета – это зачастую единственная поддержка, а иногда и соломинка для тех, кто работает в несчастной российской школе. Это именно то, что нужно, особенно начинающим.

8 класс. Электрическое поле. Напряженность электрического поля

Урок № 27 Тема: Электрическое поле. Напряженность электрического поля

Цель урока: способствовать раскрытию учащимися материального характера электрического поля; формированию понятия напряжённости электрического поля исходя из её общего определения; обучению учащихся применять формулу в решении задач на расчёт напряжённости; развитию навыков графического изображения силовых линий поля.

Оборудование: электрофорная машина, набор электрических султанов, электрометр, эбонитовая палочка, стрелка из бумаги на острие иголки, ручки, линейки, кусок шерстяной ткани, карточки с описанием экспериментальной работы, компьютер.

План урока

I. Организационный момент. 
II. Проверка домашнего задания. 
III. Объяснение нового материала.
IV. Закрепление изученного материала.
V. Домашнее задание. VI. Подведение итогов. Выставление оценок.

Ход урока

I. Организационный момент.

II. Проверка домашнего задания.

Физический диктант.

  1. Назовите учёного, который установил на опыте закон взаимодействия точечных электрических зарядов в вакууме.

  2. Как назывался прибор, с помощью которого был экспериментально установлен закон Кулона?

  3. Сформулировать закон Кулона.

  4. Написать формулу закона Кулона.

  5. Назовите ученого предложившего планетарную модель атома

  6. Назовите частицы, входящие в состав атома

  7. Запишите вещества, которые можно назвать проводниками

  8. Назовите вещества, которые можно назвать диэлектриками

Учащиеся отвечают на вопросы физического диктанта. Обмениваются тетрадями, выполняют проверку и взаимооценивание. На экране высвечиваются правильные ответы и шкала оценивания. За 8 правильных ответов- «5», 6-7 правильных ответов – «4», 4-5 правильных ответов – «3», менее 4 – «2»

Упражнение 14 №7

Упражнение 14 №8

III. Изучение нового материала

Выполнение экспериментальной работы в парах:

а) Исследование электрического поля заряженных тел:

Приборы и материалы:

1) стрелка из бумаги (или фольги) на острие,
2) линейка из оргстекла или пластмассы длиной 30см,
3) кусок шерстяной ткани.

Порядок выполнения работы:

1. Наэлектризуйте линейку и шерстяную ткань, натирая их друг о друга.
2. Подносите стрелку к различным участкам заряженной линейки, не касаясь её. Пронаблюдайте за движением стрелки.

3. Расположите заряженные линейку и шерстяную ткань параллельно друг другу и при помощи стрелки на острие исследуйте электрическое поле между ними.

Как можно объяснить наблюдаемые явления?
Знакомство учащихся с новыми понятиями (демонстрация презентации)

Силовые линии можно представить не только графически, но и экспериментально. Демонстрация опыта с электрофорной машиной и султанами.

Надо сказать, что в отличие от других величин напряжённость, как величина характеризуется густотой нанесения линий напряжённости на единицу площади. (демонстрация видеофрагмента «Силовые линии однородного поля»

IV. Закрепление изученного материала

Решение задач. Работа у доски.

Упражнение 15 №2 Определите напряженность электрического поля точечного заряда 2,7*10-6 Кл на расстоянии 10 см. Заряд находится в воде  = 81.

Работа в парах.

Упражнение 15 №4 С какой силой электрическое поле Земли, напряженность которого 130 Н/Кл, действует на электроны, находящиеся в этом поле, е = -1,6*10-19 Кл

Блиц-опрос

  1. Как вы понимаете, что такое электрическое поле?

  2. Какими свойствами обладает электрическое поле?

Как можно представить электрическое поле?

  1. Что такое напряженность электрического поля?

  2. Как взаимодействуют стекло и шелк, наэлектризованные друг о друга?

  3. Что является единицей измерения напряженности?

V. Домашнее задание.

1. §33, Упражнение 15 №1 и №7

2. §33, Упражнение 15 №5

VI. Подведение итогов. Выставление оценок

Электростатическое поле | Энциклопедия безопасности жизнедеятельности

    Электростатическое поле возникает в виде электрического заряда, накопившегося на экране кинескопа под действием электронного пучка в результате наведения статического электричества на экране и корпусе видеомонитора и на платах при настройке аппаратуры. Кроме того, электростатическое поле создается высоковольтным источником питания кинескопа.

    Напряженность электростатического поля в 30 см от монитора может достигать значения 20-30 кВ/м и превышать существующие нормативы (до 20 кВ/м). Под действием этого поля заряженные частицы, присутствующие в воздухе, могут ускоряться и попадать на лицо оператора. Кроме того, на лице интенсивно осаждается пыль, что часто является причиной ощущения «стягивания» кожи лица, а у чувствительных людей — и аллергических реакций.

    При проходе через тело вызывает болевые и нервные ощущения.

    Кроме того, электризация оборудования создает дополнительную пожарную опасность вследствие искрообразования при разрядах.

    Что касается непосредственного воздействия электрического тока, то кроме провода, включенного в розетку, опасность может представлять лишь внутренность монитора, где создается высокое напряжение (десятки тысяч вольт). Но в этом случае выручает знание такого основного правила инженерии: перед тем как начать работать с прибором, нужно ознакомиться с правилами техники безопасности. Об электрической безопасности экрана монитора свидетельствует наличие маркировки «Б».

    К мероприятиям по защите относятся заземление, применение токопроводящих материалов (костюмы, коврики), ионизаторов воздуха в рабочем помещении, уменьшение длины проводки. Все рабочие плоскости столов должны быть выполнены из токонепроводящих материалов или надежно заземлены. При относительной влажности воздуха в помещении 85% и более разряда статического электричества практически не возникает.

    Наша компания уже много лет продает качественную офисную мебель, а также и современные компьютерные столы Киев, купить которые вы сможете, посетив наш сайт.

Что такое электрическое поле и как оно создается?

Что такое электрическое поле и как оно создается?

Электрическое поле — это область, в которой электрический заряд подвергается воздействию электрической силы.

  1. На рисунке показано электрическое поле, создаваемое положительно заряженной сферой.
  2. Такое поле может быть представлено рядом линий, называемых электрическими силовыми линиями . Эти линии указывают как на силу, так и на направление поля.Следовательно, электрическое поле является векторной величиной.
  3. Направление электрического поля в конкретной точке определяется направлением силы, действующей на положительный пробный заряд, помещенный в эту точку.
  4. На рисунке положительный заряд испытывает силу, которая отталкивает его от сферы. Следовательно, направление электрического поля в этой точке от сферы.
  5. Когда в это электрическое поле помещается отрицательный заряд, на него действует сила, притягивающая его к положительно заряженной сфере.
  6. На рисунке показаны силовые линии электрического поля, направленные от положительно заряженной изолированной сферы и направленные к отрицательно заряженной изолированной сфере. В обоих случаях направление электрического поля определяется направлением силы на положительный заряд, помещенный в каждое электрическое поле.

Люди также спрашивают

Влияние электрического поля на заряд
  1. Небольшой шарик из полистирола, покрытый проводящим материалом, подвешен на изолирующей нити.Затем его подносят к положительно заряженному металлическому куполу генератора Ван де Граафа, как показано на рисунке (а). Ближний конец полистиролового шарика заряжен отрицательно за счет индукции.
  2. Разные заряды притягиваются, и, следовательно, шарик из полистирола с покрытием притягивается к положительно заряженному куполу, как показано на рисунке (b). Когда полистироловый шарик соприкасается с заряженным куполом, отрицательные заряды нейтрализуются, и он приобретает положительные заряды.
  3. Поскольку одинаковые заряды отталкиваются, он отталкивается заряженным куполом, как показано на рисунке (c).
    Аналогичным образом, если небольшой положительно заряженный шар поместить в электрическое поле, создаваемое двумя параллельными пластинами, как показано на рисунке
  4. , на положительно заряженный шар будет действовать сила F, действующая в направлении поля. Другими словами, он отталкивается положительной пластиной и притягивается отрицательной пластиной.
  5. Если небольшой полистироловый шарик, покрытый проводящим материалом, поместить в электрическое поле, создаваемое двумя параллельными пластинами, как показано на рисунке, полистироловый шарик с покрытием будет двигаться к положительно заряженной пластине при небольшом смещении влево. Он на мгновение прилипает к пластине, а затем отталкивается от отрицательно заряженной пластины.
  6. На мгновение он прилипнет к отрицательно заряженной пластине, а затем оттолкнется от положительно заряженной пластины. Процесс повторяется, заставляя шар из полистирола с покрытием перемещаться между пластинами.

Эксперимент с электрическим полем

Цель: Наблюдение за характером электрического поля.
Материалы: Кулинарное масло, тальк
Аппаратура: Extra High Tension (E.В.Т.) источник питания (0 – 5 кВ), электроды различной формы (заостренный электрод и плоский электрод), чашка Петри, соединительные провода
Метод:

  1. Аппарат устроен, как показано на рисунке. Поверх масла посыпают тальк.
  2. E.H.T. включается электропитание и устанавливается напряжение 4 кВ.
  3. Наблюдается движение талька и картины поля.
  4. Шаги с 1 по 3 повторяются с использованием другого расположения электродов, как показано в таблице. Схемы также представлены в таблице.


Обсуждение:

  1. Линии электрического поля всегда простираются от положительно заряженного объекта к отрицательно заряженному объекту, от положительно заряженного объекта до бесконечности или от бесконечности к отрицательно заряженному объекту.
  2. Линии электрического поля никогда не пересекаются.
  3. Линии электрического поля наиболее плотны вокруг объектов с наибольшим количеством зарядов.
  4. В местах, где линии электрического поля встречаются с поверхностью объекта, линии перпендикулярны поверхности.

Заключение:
Рисунок, образованный тальком, называется рисунком электрического поля. Электрическое поле можно представить силовыми линиями.

Влияние электрического поля на объекты Эксперимент

Влияние электрического поля на мяч для настольного тенниса, покрытый проводящей краской
Цель:
Наблюдение за действием электрического поля на объекты.
Материалы:
Мяч для настольного тенниса, покрытый проводящей краской, нейлоновая нить
Аппаратура: Две металлические пластины, E.Х.Т. электропитание (0 – 5 кВ), две ретортные стойки с зажимами, соединительные провода
Способ:

  1. Мяч для настольного тенниса, покрытый электропроводящей металлической краской, подвешивают между двумя металлическими пластинами на нейлоновой нити (в качестве изолятор), как показано на рисунке 2.12.
  2. E.H.T. включается электропитание и устанавливается напряжение 4 кВ.
  3. Мяч для настольного тенниса перемещают на пластину X, после чего наблюдают за движением мяча для настольного тенниса.

Обсуждение:

  1. Когда E.H.T. источник питания включен, пластина X заряжена положительно, а пластина Y заряжена отрицательно. Поскольку мяч для настольного тенниса нейтрален, он остается в центре, поскольку действующие на него электрические силы уравновешиваются.
  2. Затем мяч перемещается к любой из пластин, в данном случае к пластине X. Когда мячик для настольного тенниса касается пластины X, он заряжается положительным зарядом и отталкивается от пластины Y. См. рисунок (b).
  3. Когда мяч касается пластины Y, положительные заряды нейтрализуются отрицательными зарядами. Затем мяч становится отрицательно заряженным и отталкивается от пластины X. См. рисунок (c). Процесс повторяется, и мяч колеблется между металлическими пластинами X и Y.
  4. Скорость колебаний мяча для настольного тенниса можно увеличить:
    (a) увеличив напряжение E.FH.T. источник питания,
    (b) уменьшение расстояния между пластинами X и Y.

Влияние электрического поля на пламя свечи Эксперимент

Цель: Наблюдение за влиянием электрического поля на пламя свечи.
Материал: Свеча
Прибор: Две металлические пластины, E.H.T. источник питания (0 – 5 кВ), две ретортные стойки с зажимами, соединительные провода
Способ:

  1. Мяч для настольного тенниса заменяется зажженной свечой, как показано на рисунке.
  2. Шаг 2 в разделе A повторяется.
  3. Форма пламени свечи. наблюдаемый.

Обсуждение:

  1. Когда E.H.T. при включении питания пламя свечи разделяется на две части в противоположных направлениях.Часть, которая притягивается к отрицательной пластине Y, намного больше, чем часть, которая притягивается к положительной пластине X. См. рисунок.
  2. Горячее пламя свечи ионизирует окружающие молекулы воздуха на положительные и отрицательные ионы. Положительные ионы тяжелее и движутся гораздо медленнее. Таким образом, большая часть пламени следует за положительными ионами, двигаясь к отрицательной пластине.
  3. Отрицательные ионы представляют собой электроны и намного легче положительных ионов.Они движутся быстрее к положительной пластине X. Таким образом, часть пламени, которая следует за отрицательными ионами, намного меньше и тоньше.

 

Электрические поля

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

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

(62)

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

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

(63)

и направлен радиально от бывшего заряда, если , и радиально к нему, если .Таким образом, электрическое поле на расстоянии вдали от заряда имеет величину
(64)

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

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

(65)

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

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



Далее: Примеры работы Вверх: Электричество Предыдущий: Закон Кулона
Ричард Фицпатрик 2007-07-14

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Настройка магнитной жидкости с помощью электрического поля создает управляемые диссипативные узоры

Фотографии и микрофотографии, показывающие различные узоры, демонстрируемые электроферрожидкостью: равновесные узоры только в магнитном поле (слева) и неравновесные узоры, создаваемые комбинацией электрического и магнитного полей (справа).Предоставлено: Исследовательская группа Active Matter под руководством профессора Тимонена/Университет Аалто

Исследователи из Университета Аалто показали, что суспензия наночастиц может служить простой моделью для изучения формирования паттернов и структур в более сложных неравновесных системах, таких как живые клетки. Новая система будет не только ценным инструментом для изучения процессов формирования паттернов, но и имеет широкий спектр потенциальных технологических применений.

Смесь состоит из маслянистой жидкости, несущей наночастицы оксида железа, которые намагничиваются в магнитном поле. При правильных условиях приложение напряжения к этой феррожидкости заставляет наночастицы мигрировать, создавая градиент концентрации в смеси. Чтобы это работало, феррожидкость должна также включать докузат, воскообразное химическое вещество, которое может переносить заряд через жидкость.

Исследователи обнаружили, что присутствие докузата и напряжение на феррожидкости приводит к разделению электрических зарядов, при этом наночастицы оксида железа становятся отрицательно заряженными. «Мы совсем этого не ожидали, — говорит Карло Ригони, научный сотрудник Aalto.«Мы до сих пор не знаем, почему это происходит. На самом деле, мы даже не знаем, происходит ли разделение зарядов уже при добавлении докузата или это происходит сразу после включения напряжения».

Чтобы отразить новую чувствительность к электрическим полям, исследователи назвали жидкость электроферрожидкостью, а не просто феррожидкостью. Эта электрическая чувствительность заставляет наночастицы мигрировать, и результирующие различия в концентрации наночастиц изменяют магнитную чувствительность электроферрожидкости.

В результате приложение магнитного поля к электроферрожидкости изменяет распределение наночастиц, при этом точная картина зависит от силы и ориентации магнитного поля. Другими словами, распределение наночастиц нестабильно, они переходят из одного состояния в другое из-за небольшого изменения внешнего магнитного поля. Комбинация напряжения и докузата превратила жидкость из равновесной системы в неравновесную систему, которая требует постоянного подвода энергии для поддержания своего состояния — диссипативную систему.

Эта неожиданная динамика делает электроферрожидкости особенно интересными как с научной точки зрения, так и с точки зрения потенциальных применений. «Феррожидкости привлекали внимание ученых, инженеров и художников с момента их открытия в 1960-х годах. Теперь мы нашли действительно простой способ контролировать их магнитные свойства на лету, просто применяя небольшое напряжение для вывода жидкости из термодинамического состояния. Это обеспечивает совершенно новый уровень управления свойствами жидкости для технологических приложений, сложности в формировании узоров и, возможно, даже новых художественных подходов», — говорит Яакко Тимонен, профессор экспериментальной физики конденсированного состояния в Аалто, руководивший исследованием. .

«Диссипативное вождение — это общий механизм, создающий паттерны и структуры вокруг нас», — говорит Ригони. «Жизнь является примером. Организмы должны постоянно рассеивать энергию для своего упорядоченного состояния, и это также верно для подавляющего большинства моделей и структур в экосистемах».

Ригони объясняет, что это открытие представляет собой ценную модельную систему для исследователей, пытающихся понять диссипативные системы и лежащие в их основе паттерны, будь то в форме живых организмов или сложных неживых систем.

«Большинство диссипативных систем очень сложны. Например, очень трудно свести живые структуры к набору простых параметров, которые могли бы объяснить появление определенных структур», — говорит Ригони. Феррожидкость, управляемая напряжением, может использоваться для изучения перехода в диссипативную систему и понимания того, как внешние воздействия, такие как магнитное поле, взаимодействуют с системой для создания или изменения структур. «Это может дать нам подсказки о том, как создаются диссипативные структуры в более сложных контекстах», — говорит Ригони.

Помимо значения для фундаментальных исследований, это открытие также имеет потенциальное практическое применение. Возможность управления структурой и распределением наночастиц ценна в ряде технологий, таких как оптические сетки и экраны с электронными чернилами, а очень низкое энергопотребление делает этот подход особенно привлекательным. «Первоначальные исследования касались в основном фундаментальной науки, но мы уже начали работу, ориентированную на приложения», — говорит Ригони.


Моделирование поверхности феррожидкости не ограничивается глубиной кожи
Дополнительная информация: Томи Чериан и др., Электроферрожидкости с неравновесными диффузными интерфейсами и структурами магнетизма, управляемыми напряжением, Science Advances (2021). DOI: 10.1126/sciadv.abi8990. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abi8990 Предоставлено Университет Аалто

Цитата : Настройка магнитной жидкости с помощью электрического поля создает управляемые диссипативные узоры (22 декабря 2021 г.) получено 4 апреля 2022 г. с https://физ.org/news/2021-12-tuning-magnetic-fluid-electric-field.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Пересмотр концепции поля – College Physics: OpenStax

Контактные силы, например, между бейсбольным мячом и битой, объясняются в малом масштабе взаимодействием зарядов в атомах и молекулах в непосредственной близости.Они взаимодействуют через силы, которые включают кулоновскую силу . Действие на расстоянии — это сила между объектами, которые находятся недостаточно близко, чтобы их атомы могли «соприкоснуться». То есть они разделены более чем несколькими атомными диаметрами.

Например, заряженная резиновая расческа притягивает нейтральные кусочки бумаги на расстоянии под действием кулоновской силы. 2}[/latex], для точечного заряда (частица, имеющая заряд [латекс]\boldsymbol{Q}[/латекс]), действующей на пробный заряд [латекс]\boldsymbol{q} [/latex] на расстоянии [latex]\boldsymbol{r}[/latex] (см. [ссылка]).Как величина, так и направление кулоновского силового поля зависят от [латекс]\boldsymbol{Q}[/латекс] и пробного заряда [латекс]\boldsymbol{q}[/латекс].

Рис. 1. Поле кулоновских сил, обусловленное положительным зарядом Q , действует на два разных заряда. Оба заряда находятся на одинаковом расстоянии от Q . (a) Поскольку q 1 положительна, действующая на нее сила F 1 является отталкивающей.(б) Заряд Q 2 2 отрицательный и больше на величине, чем Q 1 , и поэтому сила F 2 , действующая на нем привлекательно и сильнее Ф 1 . Таким образом, кулоновское силовое поле не является уникальным в любой точке пространства, поскольку оно зависит от пробных зарядов q 1 и q 2 , а также от заряда
  • 4 Q
  • 4.

    Для упрощения мы бы предпочли иметь поле, которое зависит только от [латекс]\boldsymbol{Q}[/латекс] , а не от тестового заряда [латекс]\жирныйсимвол{q}[/латекс]. Электрическое поле определяется таким образом, что оно представляет собой только создающий его заряд и уникально в каждой точке пространства. В частности, электрическое поле [латекс]\boldsymbol{E}[/латекс] определяется как отношение кулоновской силы к испытательному заряду:

    [латекс]\boldsymbol{E =}[/латекс] [латекс]\boldsymbol{\frac{F}{q}}[/латекс],

    где [латекс]\boldsymbol{F}[/латекс] — электростатическая сила (или кулоновская сила), действующая на положительный пробный заряд
    [латекс]\жирный символ{q}[/латекс].Понятно, что [латекс]\boldsymbol{E}[/латекс] находится в том же направлении, что и
    [латекс]\жирныйсимвол{F}[/латекс]. Также предполагается, что [латекс]\boldsymbol{q}[/латекс] настолько мал, что не изменяет распределения заряда, создающего электрическое поле. Единицами электрического поля являются ньютоны на кулон (Н/Кл). Если известно электрическое поле, то электростатическая сила, действующая на любой заряд [латекс]\boldsymbol{q}[/латекс], просто получается путем умножения заряда на электрическое поле, или [латекс]\boldsymbol{ \textbf{F} = q \textbf{E}}[/латекс].2}}[/латекс]

    Таким образом видно, что электрическое поле зависит только от заряда [латекс]\boldsymbol{Q}[/латекс] и расстояния [латекс]\boldsymbol{r}[/латекс]; он полностью не зависит от тестового заряда [латекс]\boldsymbol{q}[/латекс].

    Пример 1. Расчет электрического поля точечного заряда

    Рассчитайте напряженность и направление электрического поля [латекс]\boldsymbol{E}[/латекс], создаваемого точечным зарядом 2,00 нКл (нанокулоны) на расстоянии 5,00 мм от заряда.5 \;\textbf{N} / \textbf{C}.} \end{массив}[/latex]

    Обсуждение

    Эта напряженность электрического поля одинакова в любой точке на расстоянии 5,00 мм от заряда [латекс]\boldsymbol{Q}[/латекс], который создает поле. Он положительный, что означает, что он имеет направление, указывающее в сторону от заряда [латекс]\boldsymbol{Q}[/латекс].

    Пример 2. Расчет силы, действующей на точечный заряд электрическим полем

    С какой силой электрическое поле из предыдущего примера действует на точечный заряд [латекс]\boldsymbol{-0.250 \;\mu \textbf{C}}[/latex]?

    Стратегия

    Поскольку мы знаем напряженность электрического поля и заряд в поле, силу, действующую на этот заряд, можно рассчитать, используя определение электрического поля [латекс]\boldsymbol{\textbf{E} = \textbf{F}/q}[ /latex] заменен на [latex]\boldsymbol{ \textbf{F} = q \textbf{E}}[/latex].

    Раствор

    Величина силы, действующей на заряд [латекс]\boldsymbol{q = -0,250 \;\mu\textbf{C}}[/латекс], действующей со стороны напряженного поля [латекс]\boldsymbol{E = 7.5 \;\textbf{N} / \textbf{C})} \\[1em] & \boldsymbol{0,180 \;\textbf{N}.} \end{массив}[/latex]

    Поскольку [латекс]\boldsymbol{q}[/латекс] отрицателен, сила направлена ​​против направления поля.

    Обсуждение

    Сила притяжения, как и ожидалось для разных зарядов. (Поле было создано положительным зарядом, а здесь действует на отрицательный заряд.) Заряды в этом примере типичны для обычного статического электричества, а полученная небольшая сила притяжения аналогична силам, возникающим при статическом прилипании и подобных ситуациях.

    Исследования PhET: электрическое поле мечты

    Играй в мяч! Добавьте заряды в Поле Снов и посмотрите, как они реагируют на электрическое поле. Включите фоновое электрическое поле и отрегулируйте направление и величину.

    Рисунок 2. Электрическое поле снов

    Можем ли мы управлять реакциями с помощью электрических полей? | Особенность

    Химики привыкли использовать всевозможные тонкие и не очень тонкие инструменты для хореографии танца молекул, от лазеров до микроволн и старого простого нагревания и перемешивания.Но теперь в нескольких лабораториях по всему миру потрескивает и воплощается в жизнь необычная новая идея: химики начинают исследовать, можно ли использовать электрические поля для управления реакциями.

    На первый взгляд электрическое поле может показаться неукротимым партнером; можно ли действительно использовать такую ​​рассеянную силу, чтобы влиять на создание и разрыв индивидуальных связей? Но потрясающий эксперимент, проведенный в начале 2017 года, впервые показал, что именно это можно сделать. Настройте все правильно, и эти поля могут вызывать химию в суперзаряженном стиле.Теперь начинается гонка, чтобы увидеть, куда нас может привести этот контроль.

    Блестящая идея

    Искра для этой революции исходила от Сэсона Шейка в 1974 году, когда он сидел в маленьком полутемном лекционном зале Вашингтонского университета в Сиэтле, США. Лектор был человеком, имевшим привычку размахивать руками и руками, изображая движения атомов и молекул. «Это было очень живо, поэтому я всегда внимательно слушал», — говорит Шайк. В этот конкретный день лектор описывал катализатор: молекулу, которая может увеличить скорость реакции, не истощая себя.Но не любой старый катализатор; этот ускорил реакцию в миллион раз. «Я был очень впечатлен, — говорит Шайк, который сейчас работает в Еврейском университете в Иерусалиме, Израиль. «Я подумал: это как лучший из лучших».

    То, о чем слышал Шейк, было реакцией с участием трет-бутилхлорида. Растворенная в эфире, только крошечная часть молекул расщепляется по связи углерод-хлор. Но добавьте высокую концентрацию (5,5 М) простой соли, перхлората лития, и скорость разрыва связи возрастет в миллион раз.

    Шейк так и не понял, как именно работает катализ перхлората лития, [но] он начал думать, что катализ электрическим полем не такая уж диковинная идея

    Сама по себе это не очень полезная реакция, но этот простой солевой катализатор почти невероятно хорошо ускорил ее. Шейк хотел знать, как это сделать. Вскоре он понял, что при таких высоких концентрациях каждая молекула катализатора может иметь вокруг себя только две молекулы растворителя.Другими словами, он доминировал над всей установкой, и он подозревал, что это может быть создание жидкокристаллической матрицы и, возможно, введение электрического поля в раствор. Он подумал, что это может быть то самое электрическое поле, которое управляет катализом.

    Шейк так и не понял, как именно работает катализ перхлората лития; его внимание было сосредоточено на построении исследовательской карьеры, изучающей реактивность с использованием теории валентной связи. Но эта проблема застряла у него в голове, и он начал думать, что катализ электрическим полем не такая уж диковинная идея.

    Представьте, например, что молекула водорода приближается к катиону вдоль оси связи. Электрический заряд катиона поляризует молекулу, заставляя большую часть электронной плотности двигаться к дальнему атому водорода. Продолжайте мысленный эксперимент, и в конце концов связь разорвется — произойдет химия. Это не спорно. Вопрос в том, можно ли сделать то же самое с внешним электрическим полем?

    В 2004 году Шейк решил заняться этим вопросом. Он начал с рассмотрения активной части гемовой единицы, обнаруженной во многих ферментах, включая цитохром Р450, который имеет решающее значение для метаболизма. Это соединение, известное как «соединение 1», представляет собой порфирин с звеном FeO, связанным в середине. В структуре точками расположены три неспаренных электрона, которые могут принимать два разных расположения. Шейк хотел знать, может ли внешнее электрическое поле повлиять на то, какое из этих устройств будет принято, и повлияет ли это на поведение фермента.

    Он использовал компьютерное моделирование для моделирования связывания соединения 1 с пропеном с помощью электрического поля, приложенного параллельно связи Fe–O. 1 Отсюда пропилен может быть либо эпоксидирован, либо гидроксилирован, в зависимости от расположения электронов. Шайк обнаружил, что при приложении электрического поля в пользу одной полярности переходное состояние, связанное с гидроксилированием, было более стабильным на 6–10 ккал·моль -1 , но переключение полярности и переходное состояние эпоксидирования было благоприятнее на 2–6 ккал. моль -1 . «Все, что вам нужно сделать, это сменить поле», — говорит он. «Если вы измените направление, вы можете получить любой из них.Это был точный результат, который, казалось, предполагал, что концепция заслуживает изучения — эти поля могут полностью изменить судьбу реакции.

    Воодушевленный, Шейк начал мыслить шире и попытался смоделировать влияние электрического поля на реакции Дильса-Альдера. Однако это было нечто совсем другое. До сих пор он показывал, что электрическое поле может влиять на стабильность заряженных переходных состояний, что кажется разумным. Но в реакции Дильса-Альдера участвуют две молекулы — диен и диенофил — соединяющиеся вместе без каких-либо промежуточных звеньев, заряженных или иных.Поэтому, когда он вычислил, что электрическое поле может катализировать реакцию и повлиять на ее эндо/экзоселективность, ему было трудно опубликовать результаты, и ему это удалось только в 2009 году. что-нибудь. «Поэтому я на время покинул поле боя».

    Быстрый старт

    Прошли годы, но вдруг все изменилось. В марте 2016 года журналист позвонил Шайку и сказал, что некоторые исследователи на самом деле опробовали его реакцию Дильса-Альдера, катализируемую электрическим полем. 3 Мишель Кут из Австралийского национального университета в Канберре, руководившая ответственной командой, наткнулась на работу Шейка и, как оказалось, имела нужные связи, чтобы проверить ее.

    Через коллегу Кут познакомился с Надимом Дарвишем из Барселонского университета в Испании. Дарвиш проводит эксперименты с использованием сканирующей туннельной микроскопии (СТМ). Когда наконечник СТМ приближается к проводящей поверхности и между ними создается разность потенциалов, электроны могут квантово туннелировать через зазор.Дарвиш использовал эту установку для разработки так называемых экспериментов с «морганием». Молекулярный мостик между наконечником и поверхностью изменяет проводимость через зазор. Таким образом, перемещение наконечника по поверхности вызовет небольшие всплески проводимости — мерцания — всякий раз, когда образуются эти мосты.

    Кут, Дарвиш и их коллеги украсили наконечник СТМ молекулами диена, а поверхность — диенофилами. Затем они могли перемещать наконечник по поверхности и подсчитывать всплески, которые сигнализировали о том, что две молекулы соединились вместе посредством реакции Дильса-Альдера. Но вот интересная деталь: изменив зазор между иглой и поверхностью, они смогли увеличить электрическое поле, создаваемое реагентами Дильса-Альдера, когда они реагировали. При –0,05 В они видели только пять морганий в час. Но при –0,75 В это число увеличилось до 25 миганий в час. В конце своей статьи Кут и ее коллеги написали: «Эта способность управлять химическими реакциями с помощью электрических полей предлагает доказательство изменения нашего подхода к гетерогенному катализу».

    Это было громкое заявление, и, естественно, Шейк был в восторге от его оправдания.Вскоре он написал перспективную статью для Nature Chemistry , превознося электрические поля как «интеллектуальные реагенты будущего». 4 Но если вы собираетесь выбросить свои катализаторы, придержите пока руку.

    Одна из причин, по которой Шайку иногда было трудно опубликовать свои идеи, заключалась в том, что рецензенты не могли понять, как электрические поля могут быть практически полезными катализаторами. В симуляциях Шейка электрическое поле должно было быть выровнено с определенной осью молекулы, но в растворе молекулы кувыркаются повсюду, а это означает, что только крошечная часть будет иметь правильную ориентацию в любой момент времени.Работа Кута обошла это, только закрепив их на кончике АСМ — красивая демонстрация, но вряд ли масштабируемый синтетический метод.

    Нахождение потока

    Однако есть надежда на что-то лучшее в виде набора, разработанного в лабораториях Мэтта Кэнана из Стэнфордского университета в Калифорнии, США. В 2012 году Кэнан разработал то, что он называет «ячейкой с параллельными пластинами». 5 Он имеет очаровательный самодельный вид: два стеклянных предметных стекла зажаты двумя полосками медной сетки, которые, в свою очередь, зажаты между двумя металлическими пластинами, покрытыми оксидом алюминия.В самой середине прокладка с отверстием для реагирующего раствора. Кэнан наполнил его раствором цис -стильбеноксида в ацетонитриле, затем прикрепил к медной сетке зажимы типа «крокодил». Когда питание включено, оно создает электрическое поле прямо на границе между оксидом алюминия и раствором.

    Кэнан пытался поиграть с приложенным напряжением и оставить реакцию на некоторое время, прежде чем анализировать продукты. При отсутствии потока сока отношение альдегида к кетону составляло примерно 1:2.Когда он был включен и установлен на + 5 В, это увеличилось до 10: 1. Как ни странно, аналогичный эффект, смещенный в сторону того же продукта, появился, когда он попробовал отрицательное напряжение.

    Эти результаты показывают, что электрические поля могут катализировать реакции в более обычных ситуациях, чем внутри СТМ-микроскопа. Но не сразу понятно, как это работает; возможно, тонкий слой электрического заряда внутри устройства побуждает молекулы выстраиваться в аккуратные ряды.

    Если это правда, то одним из способов сделать катализ электрическим полем масштабируемым может быть превращение клетки Кэнана в проточный реактор, чтобы молекулы снова и снова проходили мимо электрического поля, увеличивая вероятность того, что они в конечном итоге идеально выровняются с ним и реагировать. Есть ли у Кэнана намерение развивать такую ​​идею, неясно — он не ответил на запросы о комментариях. И хотя он продемонстрировал аналогичный контроль электрического поля над внутримолекулярной циклизацией, используя свою ячейку с параллельными пластинами в 2013 году, 6 , с тех пор нет никаких свидетельств того, что он работал в этой области.

    ‘Я до сих пор озадачен тем, что это сработало так хорошо’

    Стефан Матиле, Женевский университет, Швейцария

    Но другим точно интересно. Стефан Матиле из Женевского университета, Швейцария, начал изучать электрические поля после прочтения обзорной статьи Шейка. «Я думаю, что эта тема набирает обороты в сообществе», — говорит он. «Мне очень нравится делать что-то с электрическими полями».

    Его первый трюк, опубликованный в мае 2017 года, включает надмолекулярное взаимодействие, называемое связью анион-π. 7 Матиле представляет собой ароматическую молекулу, которая в нормальных условиях связывала бы катионы из-за своей высокой электронной плотности. Но найдите способ высосать эту плотность из кольца, например, с помощью электроноакцепторных заместителей, и он показал, что π-поверхность вместо этого связывает анионы.

    Само собой разумеется, что электрическое поле также могло влиять на распределение электронной плотности, поэтому Матиле попытался закрепить свои ароматические молекулы на поверхности оксида олова и индия и приложить электрическое поле.Когда поле включено, еноляты четко связываются с ароматической поверхностью, и происходит реакция. Выключишь его, и катализатор перестанет работать. «Я до сих пор озадачен тем, что это сработало так хорошо, — говорит Матиле. «Но я планирую сделать больше; Я нахожу это увлекательным».

    Одна из идей, над которой он работает вместе с Марселем Майором из Базельского университета, заключается в разработке устройств с несколькими катализаторами, встроенными в поверхности в секциях. Тогда идея заключалась бы в том, чтобы последовательно прикладывать электрическое поле к каждой секции, что притягивало бы реагенты и выполняло бы многоступенчатый синтез, просто включая и выключая поле в разных местах.

    В устройствах Мэтайла у нас есть зачатки метода, который может заставить катализ электрического поля работать в больших масштабах, хотя этот метод жестко ограничен из-за необходимости связываться с ароматической молекулой. Кроме того, во всех реакциях, в которых до сих пор использовались электрические поля, участвовала только одна молекула. Объединить двоих вместе, правильно выровняв поле, может быть гораздо сложнее.

    Но трудно не думать о том, что истинный потенциал катализа электрическим полем раскроется раньше, чем позже. Chemistry World поговорил с одним химиком, который обдумывал, как можно использовать магнитные поля для удержания молекул в правильном положении, чтобы электрическое поле воздействовало на них, хотя планы были на слишком ранней стадии, чтобы быть полностью разглашенными.

    Кут, тем временем, исследует использование катализатора с заряженными функциональными группами, чтобы устранить необходимость во внешнем электрическом поле. Это подход, «который, как я считаю, бесконечно масштабируем в синтезе», — говорит Кут. «Их тоже можно переключать в том смысле, что вы можете изменить pH или степень окисления и вызвать реакцию.

    Однако Шейка больше всего волнуют внешние электрические поля. «Я думал о том, что я называю реакцией на молнию», — говорит он. «Возможно, в конечном итоге станет возможным взять ряд молекул, сориентировать их на какой-нибудь опоре, поразить их электрическим полем и одновременно разорвать и восстановить все связи». 

    Джошуа Хаугего — редактор функций в New Scientist

    Определение, свойства, примеры и проблемы

    Что такое электрическое поле

    Электрическое поле — это невидимое силовое поле, создаваемое электрическим зарядом.Это изменение пространства (воздушного или вакуумного) вокруг заряда. Это приводит к электрической силе , которая ощущается электрическими зарядами, когда они расположены близко друг к другу. Статическое электрическое поле создается, когда заряды стационарны, и соответствующая сила известна как электростатическая сила . Электрическое поле является векторной величиной, имеющей как величину, так и направление.

    Электрическое поле

    Линии электрического поля и направление

    Сила и направление электрического поля представлены электрическими силовыми линиями или линиями электрического поля.Это воображаемые линии, проведенные вокруг заряда, касательная к которым дает вектор электрического поля. Линии нарисованы стрелками, чтобы обозначить направление. Когда положительный заряд помещается рядом с отрицательным зарядом, как электрический диполь, линии выходят из положительного заряда и заканчиваются отрицательным зарядом. Следовательно, направление поля указывает направление, в котором движется положительный заряд, когда он находится под влиянием другого заряда.

    Поток электрического поля

    Поток электрического поля определяется как количество силовых линий, проходящих через определенную область в пространстве.Область может представлять собой правильную или неправильную поверхность, через которую проходят линии. Математически это скалярное произведение электрического поля E и вектора площади A . Символ ø обозначает поток.

    ø = E . А

    Если E и A составляют угол θ, то уравнение задается следующим образом:

      Ø = EA cos θ

    Уравнение электрического поля

    Сила электрического поля в пространстве, окружающем источник заряда, известна как напряженность электрического поля .Математически электрическое поле определяется как электрическая сила, испытываемая единичным зарядом. Следующее уравнение дает вектор электрического поля:

    E = F /q

    Величина электрического поля

    Соответствующее скалярное уравнение дает формулу величины.

    E = Ф/к

    Где,

    E : Электрическое поле

    F : Электрическая сила

    q : Электрический заряд

    Единица СИ: Вольт/метр (В/м) или Ньютон/Кулон (Н/З)

    Размерная формула: [M L T -3 I -1 ]

    Как найти электрическое поле для точечного заряда

    1. Закон Кулона

    Электрическое поле можно рассчитать по закону Кулона. Согласно этому закону электрическая сила между двумя точечными зарядами прямо пропорциональна произведению заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

    F = (1/4 π ε o )*q 1 *q 2 /r 2

    Где,

    q 1 , q 2 : Величины двух зарядов

    r : Расстояние между зарядами

    ε o : Диэлектрическая проницаемость свободного пространства (= 8.85 x 10 -12 C 2 N -1 m -2 или эпсилон нулевое значение)

    По определению, электрическое поле — это сила на единицу заряда. Следовательно, q 1 = q и q 2 = 1 .

    Тогда электрическое поле определяется следующим уравнением.

    E = (1/4 π ε o )q/r 2

    Таким образом, напряженность электрического поля зависит от величины заряда источника.

    2. Закон Гаусса

    Электрическое поле можно рассчитать другим методом. Закон Гаусса применяется для нахождения электрического поля в любой точке на замкнутой поверхности. Согласно этому закону электрический поток через любую замкнутую поверхность пропорционален полному электрическому заряду, заключенному в этой поверхности. Математически закон гласит, что электрический поток представляет собой интеграл скалярного произведения между электрическим полем и бесконечно малой площадью поверхности.

    Используя закон Гаусса, электрическое поле можно рассчитать для следующих случаев:

    5
  • Сфера
  • цилиндр
  • Двухъярусная проволока и линейка
  • Круговой диск и кольцо
  • Бесконечная плоскость
  • Бесконечная плоскость / лист
  • Параллельная пластина Конденсатор
  • Электрический диполь
  • Коаксиальный кабель
  • Суперпозиция электрических полей

    Как и все векторные поля, электрическое поле подчиняется принципу суперпозиции. Суммарное электрическое поле, создаваемое группой зарядов, равно векторной сумме полей, создаваемых каждым зарядом. Если E 1 , E , E , E , E , E 3 ,. …, и т. Д. Это электрические полевые векторы из-за точек заряда Q 1 , Q 2 , Q 3 , … и т. д., то результирующее электрическое поле E равно

    E = E 1 + E 2 + E 3

    Суперпозиция электрического поля

    Типы электрического поля

    Линии электрического поля бывают двух типов.

    1. Однородное электрическое поле

    Электрическое поле называется однородным, если его значение остается постоянным в некоторой области пространства. Его величина не зависит от смещения, а силовые линии параллельны и расположены на одинаковом расстоянии друг от друга.

    Пример : Однородное электрическое поле может быть создано между двумя заряженными параллельными пластинами, также известными как конденсатор. Линии электрического поля выходят из положительной пластины и заканчиваются в отрицательной пластине.

    Однородное электрическое поле

    2.Неоднородное электрическое поле

    Электрическое поле неоднородно, если его значение не остается постоянным в какой-либо области пространства. В этом случае силовые линии электрического поля не параллельны.

    Пример : Поле, создаваемое точечным зарядом, является радиальным, и его сила обратно пропорциональна расстоянию.

    Работа, совершаемая электрическим полем

    При приближении пробного заряда к заряду источника необходимо совершить работу по его перемещению из одной точки в другую.Например, когда положительный заряд приближается к другому положительному заряду, совершается работа по преодолению электрических сил отталкивания.

    По определению, выполненная работа есть скалярное произведение силы и перемещения. Работа, совершаемая однородным электрическим полем E при перемещении заряда q на расстояние d , определяется выражением

    .

    Ш = F.d

    Или, W = q E . д

    Если поле и смещение имеют одинаковое направление, т. е. θ = 0, то

    Вт = qEd

    Когда q = 1, W = ΔV = Ed .

    Величина ΔV известна как разность потенциалов или напряжение . Он дает изменение потенциальной энергии при перемещении единичного заряда из одного положения в другое в присутствии электрического поля. Следовательно,

    Работа, совершаемая электрическим полем: Вт = qΔV

    Как найти работу, совершаемую электрическим полем из-за заряда Понта

    Электрический потенциал точечного заряда q определяется выражением

    В = (1/4 π ε o )q/r

    Предположим, что заряд перемещается из положения, находящегося на расстоянии r 1 от исходного заряда, на расстояние r 2 , тогда изменение потенциальной энергии или выполненной работы определяется выражением

    W = (1/4 π ε o )q[1/r 2 – 1/r 1 ]

    Примеры и проблемы

    стр. 1. На заряд 3 мкКл в любой точке действует электрическая сила 8 Н. Определить электрическое поле в этой точке.

    Решение: Дано,

    Ф = 8 Н

    q = 3 мкКл

    Следовательно,

    E = F/q = 8 N/3 мкКл = 2,67 x 10 6 N/мкКл

    п.2. Небольшой заряд q = 4 мКл находится в однородном электрическом поле Е = 3,6 Н/Кл. Какова сила заряда?

    Решение : Дано,

    q = 4 мКл

    Е = 3.6 Н/З

    F = qE = 4 мКл x 3,6 Н/Кл = 14,4 мН

    Часто задаваемые вопросы

    В.1. Что происходит с электрическим полем, если в него поместить изолятор?

    Ответ. Когда изолятор или диэлектрик помещаются в электрическое поле, напряженность электрического поля уменьшается.

    Q.2. Почему электрическое поле внутри проводника равно нулю?

    Ответ. Электрическое поле внутри проводника равно нулю, потому что свободные заряды находятся на поверхности.

    Q.3. Может ли электрическое поле быть отрицательным?

    Ответ. Электрическое поле никогда не может быть отрицательным. Он представляет собой физическую величину, такую ​​как гравитация.

    Q.4. Как движутся электроны в электрическом поле?

    Ответ. Электроны движутся в направлении, противоположном полю.

    Q.5. Что индуцирует изменяющееся электрическое поле?

    Ответ. Изменяющееся электрическое поле индуцирует магнитное поле.

    В.6. Что такое краевой эффект электрического поля?

    Ответ. Электрическое поле между двумя параллельными пластинами обычно параллельно. Однако по краям они изгибаются, что означает, что электрическое поле больше, чем между пластинами.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.