Основные характеристики:

Напряжённость электрического поля — векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы  действующей на пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда q:

.

Также иногда называется силовой характеристикой электрического поля.

Модуль напряжённости электрического поля в СИ измеряется в В/м (Вольт на метр).

Электростатический потенциал — скалярная энергетическая характеристика электростатического поля, характеризующая потенциальную энергию поля, которой обладает единичный заряд, помещённый в данную точку поля.

Электростатический потенциал равен отношению потенциальной энергии взаимодействия заряда с полем к величине этого заряда:

Силовые линии электростатического поля

Свойства:

1. Всегда незамкнуты: начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах

2. Не пересекаются

3. Густота линий тем больше, чем больше напряженность, то есть напряженность поля прямо пропорциональна количеству силовых линий, проходящих через единицу площади поверхности

19. Закон Кулона.

    

На основании многочисленных опытов Кулон установил следующий закон:

Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:

Силы взаимодействия подчиняются третьему закону Ньютона: Они являются силами отталкивания при одинаковых знаках зарядов и силами притяжения при разных знаках. Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют 

электростатическим или кулоновским взаимодействием. Раздел электродинамики, изучающий кулоновское взаимодействие, называют электростатикой.

Закон Кулона справедлив для точечных заряженных тел. Практически закон Кулона хорошо выполняется, если размеры заряженных тел много меньше расстояния между ними.

Коэффициент пропорциональности k в законе Кулона зависит от выбора системы единиц. В Международной системе СИ за единицу заряда принят 

кулон (Кл).

Кулон – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А. Единица силы тока (ампер) в СИ является наряду с единицами длины, времени и массы основной единицей измерения.

Коэффициент k в системе СИ обычно записывают в виде: 

где  – электрическая постоянная.

19. Электростатическое поле в диэлектрической среде.

Рассмотрим плоский однородный диэлектрический слой, расположенный между двумя разноименно заряженными плоскостями (рис. 2.5). Пусть напряженность электрического поля, которое создается этими плоскостями в вакууме, равна ,

где  — поверхностная плотность зарядов на пластинах (эти заряды называют свободными). Под действием поля диэлектрик поляризуется, и на его гранях появляются поляризационные или связанные заряды. Эти заряды создают в диэлектрике электрическое поле , которое направлено против внешнего поля .

,

где  — поверхностная плотность связанных зарядов. Результирующее поле внутри диэлектрика

.

Поверхностная плотность связанных зарядов  меньше плотности  свободных зарядов, и не все поле 

E₀ компенсируется полем диэлектрика: часть линий напряженности проходит сквозь диэлектрик, другая часть обрывается на связанных зарядах (рис. 2.5). Вне диэлектрика . Следовательно, в результате поляризации поле внутри диэлектрика оказывается слабее, чем внешнее . Таким образом,

,

где  — диэлектрическая проницаемость среды, — химический эквивалент. Из формулы видно, что диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз напряженность поля в вакууме больше напряженности поля в диэлектрике. Для вакуума , для диэлектриков .

Электрическое поле и его характеристики

 

У многих возникают вопросы, что же именно представляет собой электрическое поле? В чём разница между электрическим полем и полем электромагнитным? И самый главный вопрос, как поле может влиять на окружающие предметы и человека, и как можно измерить силу этого воздействия?

Вопросов много для одного понятия, поэтому нужно во всём последовательно разобраться. Для этого лучше всего строго разделить все понятия, что к чему относится.

Электрическое и электромагнитное поле

В первую очередь, стоит заметить, что нельзя путать эти два понятия, несмотря на то, что они немного схожи. В природе существует электрические и магнитные поля, взаимодействующие между собой и, при определённых условиях могут порождающие друг друга.

Электромагнитное поле – это итог взаимодействия электрического и магнитного полей, фундаментальное физическое поле, которое возникает вокруг заряженных тел. Таким образом, электрическое поле – это часть поля электромагнитного, которое в свою очередь порождает электромагнитные волны, распространяющиеся в пространстве со скоростью света. Это не что иное, как возмущения электромагнитного поля.

Электрическое поле

Как уже было сказано ранее, электрическое поле – это часть фундаментального электромагнитного поля, это особый вид материи, который существует вокруг заряженных тел или частиц.

Оно может существовать и в свободном виде, когда происходят изменения магнитного поля, так как они напрямую зависят друг от друга и взаимодействуют между собой. Примером такого изменения могут быть электромагнитные волны.

Итак, электрическое поле возникает в пространстве вокруг заряженных тел и представляет собой вид материи, невидимой для обычного зрения человека. Но и его можно зафиксировать и измерить, благодаря тем характеристикам, которыми оно обладает.

На находящиеся в поле тела постоянно действуют электрические силы, они определяют запас энергии, которым обладает данное электрическое поле. На схемах электрическое поле изображают в виде непрерывных силовых линий – это традиционное представление, которое принято во всём мире.

Силовые линии не являются вымыслом, они фактически существуют на самом деле. Если в электрическое поле поместить частички гипса, предварительно взвешенные в масле, то они будут поворачиваться вдоль линий, так можно определить направление.

Напряжённость электрического поля

Электрическое поле можно измерить. В качестве количественного показателя вводится такое понятие, как напряжённость электрического поля – это его силовая характеристика. Суть этой характеристики в том, что поле действует на любой заряд внутри его с некоторой определённой силой, а, следовательно, эту силу можно измерить и определить интенсивность её воздействия.

Другими словами, напряжённость – это отношение силы, действующей на заряд, к величине этого заряда. В электротехнике с помощью напряжённости электрического поля характеризуют его интенсивность. Напряжённость можно назвать основной характеристикой электрического поля, его «силу и мощность»

Электрический потенциал

У электрического поля можно измерить различные количественные характеристики, можно определить его интенсивность и силу воздействия. По этим показателям можно судить о том воздействии, которое оно может оказывать на тела и на человека.

Но у электрического поля есть и другая характеристика, которую можно назвать запасом энергии. Этот запас энергии является способностью электрического поля совершать работу.

Что же именно подразумевается под этим? Энергию можно накопить, для этого, например, можно сжать или растянуть пружину, при этом пружина будет совершать определённую работу за счёт той энергии, которая появляется в ней.

Точно также обстоит дело и с электрическим полем. Стоит только внести в него заряженное тело или частицу, то сразу высвобождается запас энергии. Заряд начинает двигаться вдоль силовых линий поля, а, следовательно, он совершает определённую работу. Энергия сосредоточена в каждой точке электрического поля и может высвобождаться в такие моменты.

Для этой характеристики электрического поля ввели специальное понятие – электрический потенциал. Он существует для каждой конкретной точки и его значение будет равно той работе, которую совершат силы при перемещении заряда.

При рассмотрении понятия электрического потенциала можно говорить и о разности потенциалов. Можно представить себе человека, который поднимается по лестнице. Чтобы ему подняться на десятый этаж, ему понадобится больше энергии, чем для того, чтобы подняться на седьмой.

Так и в электрическом поле, чем дальше нужно переместить заряд, тем большую энергию нужно затратить.

В общих словах, электрический потенциал – это характеристика электрического поля, которая выражает его напряжённость. Она определяет «потенциал», запас энергии, работу, которую можно будет совершить.

Кстати, в некоторых частных случаях, когда изменения электрического и магнитного полей не происходит, электрический потенциал называется электростатическим. Это более упрощённый случай, и напряжённость высчитывается по более простой формуле.

Электрическое напряжение

Рассмотрев понятие электрического потенциала, можно переходить к ещё одной характеристике электрического поля – напряжению. Как уже было сказано ранее, каждая точка электрического поля обладает потенциалом, а между двумя разными точками образуется разница потенциалов.

Разница потенциалов, как правило, гораздо важней, так как чаще приходится иметь дело именно с этой характеристикой. При перемещении заряда в поле, потенциал определяет ту работу, которая совершается при этом.

Таким образом, напряжение определяется отношением работы электрического поля A к величине заряда q, который перемещается в нём. Если вспомнить пример с человеком, который поднимается по лестнице, то в этом случае нас мало интересуют конкретные высоты каждого этажа, на который ему нужно подняться. Нам гораздо важней именно то расстояние, которое нужно пройти, разница между ними.

Т. е., это и есть разница потенциалов, если ввести ещё и понятие груза, который нужно поднять на верхний этаж, можно понять, что значит напряжение.

Между двумя точками электрического поля существует разница потенциалов и возникает напряжение. Оно характеризует тот запас энергии, который может высвободиться при перемещении заряда между этими двумя точками внутри рассматриваемого электрического поля.

Все характеристики электрического поля зависят друг от друга, каждую их них можно определить, если известны другие. Напряжение – один из наиболее важных показателей электрической цепи, оно измеряется в Вольтах (В), по нему определяют работу и мощность.

Электрическое поле в природе и в быту

Электрические поля встречаются повсеместно, мы буквально окружены ими. Как правило, оно неразрывны с магнитными полями, образуя единые электромагнитные поля. Они возникают вокруг любого заряженного тела. Как пример – его можно получить, потерев обычную шариковую ручку о волосы.

Возле экранов телевизоров с электронно-лучевой трубкой или таких же мониторов компьютера, также возникает электрическое поле. Его можно даже почувствовать, стоит лишь поднести руку, и волосы начнут притягиваться. И таких примеров можно найти очень много.

Линии электрического поля — определение, свойства, притяжение и отталкивание

Что такое линия электрического поля?

Линии электрического поля — отличный способ визуализации электрических полей.

Впервые их представил сам Майкл Фарадей.

Линия поля проведена по касательной к сетке в точке. Таким образом, в любой точке касательная к линии электрического поля совпадает с направлением электрического поля в этой точке. Во-вторых, относительная плотность силовых линий вокруг точки соответствует относительной напряженности (величине) электрического поля в этой точке. Другими словами, если вы видите больше силовых линий электрического поля вблизи точки А по сравнению с точкой В, то электрическое поле сильнее в точке А.

Свойства линий электрического поля

• Линии поля никогда не пересекаются друг с другом.
• Линии поля перпендикулярны поверхности заряда.
• Величина заряда и количество силовых линий пропорциональны друг другу.
• Начальная точка линий поля находится на положительном заряде и заканчивается на отрицательном заряде.
• Чтобы линии поля начинались или заканчивались в бесконечности, необходимо использовать один заряд.

Линии электрического поля Притяжение и отталкивание

Линии электрического поля всегда направлены от положительного заряда к отрицательной точке. Фактически, электрические поля возникают при положительном заряде и заканчиваются при отрицательном заряде.

Электрическое поле точечных зарядов

Кроме того, линии поля никогда не пересекаются. Если это так, это означает, что в этой точке есть два направления электрического поля. Но это невозможно, поскольку электрические поля складываются векторно в любой точке, и помните, что «силовая линия проводится по касательной к чистому электрическому полю в точке». Таким образом, линии электрического поля никогда не могут пересекаться друг с другом.

Как было сказано ранее, силовые линии — отличный способ визуализировать электрические поля. Вы можете почти почувствовать притяжение между разноименными зарядами и отталкивание между одинаковыми зарядами, как будто они пытаются оттолкнуть друг друга.

Электрическое поле на левом изображении объясняет, как отталкиваются одинаковые заряды, а на правом изображении объясняется, как разноименные заряды притягиваются

Возвращаясь к нашему первоначальному примеру статического заряда на волосах, направление, в котором поднимаются заряженные волосы, следует линиям локального электрического поля. Заряды на волосах воздействуют на прядь волос, пытаясь просочиться в окружающее незаряженное пространство. Волосы выравниваются соответствующим образом, так что на них не действует результирующая сила, и они непреднамеренно прослеживают линии электрического поля.

Правила рисования линий электрического поля

Ниже приведены правила рисования линий электрического поля:

1. Линия поля начинается у заряда и заканчивается либо у заряда, либо на бесконечности.
2. Когда поле сильнее, линии поля ближе друг к другу.
3. Количество линий поля зависит от заряда.
4. Линии поля никогда не должны пересекаться.
5. Электрическое поле и линия электрического поля касаются в точке пересечения.

Узнайте больше об электрических полях, нажав на ссылку ниже

• Электрическое поле точечного заряда
• Электрическое поле сферы

Рекомендуемое видео:

Оставайтесь с нами, чтобы узнать больше о других концепциях физики.

Часто задаваемые вопросы – Часто задаваемые вопросы

Что такое линия электрического поля?

Линии электрического поля — отличный способ визуализации электрических полей. Впервые их представил сам Майкл Фарадей. Линия поля проводится по касательной к сетке в точке. Таким образом, в любой точке касательная к линии электрического поля совпадает с направлением электрического поля в этой точке. Во-вторых, относительная плотность силовых линий вокруг точки соответствует относительной напряженности (величине) электрического поля в этой точке.

Каковы свойства линий электрического поля?

Линии поля никогда не пересекаются.

• Линии поля перпендикулярны поверхности заряда.
• Величина заряда и количество силовых линий пропорциональны друг другу.
• Начальная точка линий поля находится на положительном заряде и заканчивается на отрицательном заряде.
• Чтобы линии поля начинались или заканчивались в бесконечности, необходимо использовать один заряд.

Каковы правила рисования линий электрического поля?

Ниже приведены правила рисования линий электрического поля:

1. Линия поля начинается у заряда и заканчивается либо у заряда, либо на бесконечности.
2. Когда поле сильнее, линии поля ближе друг к другу.
3. Количество линий поля зависит от заряда.
4. Линии поля никогда не должны пересекаться.
5. Электрическое поле и линия электрического поля касаются в точке пересечения.

Что такое электрический заряд?

Электрический заряд — это свойство субатомных частиц, которое заставляет их испытывать силу при помещении в электрическое и магнитное поле.

Состояние Закон Кулона.

Величина электростатической силы притяжения или отталкивания между двумя точечными зарядами прямо пропорциональна произведению величин зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Электрическое поле | Определение, единицы измерения и факты

электрическое поле

Все СМИ

Похожие темы:

электричество поле встроенное электрическое поле напряженность электрического поля электрический ветер

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

электрическое поле , электрическое свойство, связанное с каждой точкой пространства, когда заряд присутствует в любой форме. Величина и направление электрического поля выражаются величиной E , называемая напряженностью электрического поля или напряженностью электрического поля или просто электрическим полем. Знание значения электрического поля в точке без каких-либо конкретных знаний о том, что создает поле, — это все, что необходимо для определения того, что произойдет с электрическими зарядами вблизи этой конкретной точки.

Вместо того, чтобы рассматривать электрическую силу как прямое взаимодействие двух электрических зарядов, находящихся на расстоянии друг от друга, один заряд считается источником электрического поля, распространяющегося наружу в окружающее пространство, а сила, действующая на второй заряд в это пространство рассматривается как прямое взаимодействие электрического поля со вторым зарядом. Сила электрического поля E в любой точке можно определить как электрическую или кулоновскую силу F , действующую на единицу положительного электрического заряда q в этой точке, или просто E = F / q . Если второй, или пробный, заряд в два раза больше, результирующая сила удваивается; но их частное, мера электрического поля E , остается неизменной в любой данной точке. Сила электрического поля зависит от заряда источника, а не от пробного заряда. Строго говоря, введение небольшого пробного заряда, который сам имеет электрическое поле, несколько модифицирует существующее поле. Электрическое поле можно рассматривать как силу на единицу положительного заряда, которая будет действовать до того, как поле будет возмущено присутствием пробного заряда.

Britannica Quiz

Физика и естественное право

Направление силы, действующей на отрицательный заряд, противоположно направлению силы, действующей на положительный заряд. Поскольку электрическое поле имеет как величину, так и направление, направление силы, действующей на положительный заряд, выбирается произвольно в качестве направления электрического поля. Поскольку положительные заряды отталкиваются друг от друга, электрическое поле вокруг изолированного положительного заряда направлено радиально наружу. Когда они представлены силовыми линиями или силовыми линиями, электрические поля изображаются как начинающиеся с положительных зарядов и заканчивающиеся отрицательными зарядами. Линия, касающаяся линии поля, указывает направление электрического поля в этой точке. Там, где силовые линии расположены близко друг к другу, электрическое поле сильнее, чем там, где они дальше друг от друга. Величина электрического поля вокруг электрического заряда, рассматриваемого как источник электрического поля, зависит от того, как заряд распределен в пространстве. Для заряда, сосредоточенного почти в точке, электрическое поле прямо пропорционально количеству заряда; оно обратно пропорционально квадрату расстояния в радиальном направлении от центра источника заряда и зависит также от природы среды. Наличие материальной среды всегда уменьшает электрическое поле ниже значения, которое оно имеет в вакууме.

Иногда само электрическое поле может отделяться от исходного заряда и образовывать замкнутые петли, как в случае зарядов, ускоряющихся вверх и вниз по передающей антенне телевизионной станции. Электрическое поле с сопутствующим магнитным полем распространяется в пространстве в виде излучаемой волны с той же скоростью, что и свет. Такие электромагнитные волны указывают на то, что электрические поля генерируются не только электрическими зарядами, но и изменяющимися магнитными полями.