Что является источником электрического поля? Срочно надо!!!!

Сталева пилка масою 3 кг під час роботи протягом 5 хв нагрілася на 100 °С. Вважаючи, що на нагрівання пилки пішло 60 % усієї енергії, визначте виконан … у роботу та корисну потужність, що розвивається при цьому.

Свинцовую дробь, нагретую до 100 °С, в количестве 100 г смешивают с 50 г льда при 0 °С. Какой будет температура смеси после установления теплового рав … новесия?

Какой выигрыш в силе даёт система из идеальных блоков и нитей, указанная на рисунке? Ответ округлите до сотых.

При подаче на схему (см. рисунок) напряжения U заряд конденсатора С5 оказался равным нулю. Емкости конденсаторов С1 = C5 = C, C2 = 2C, C3 =3C. Определ … ите емкость конденсатора С4.​

Физика 10 класс. Ребята помогите, перехожу в 10 класс, не могу понять как решается данная задача

Олимпиадная задача по физике(кинематика) — пожалуйста, дайте решение с объяснениями. От пристани «Дубки» экспериментатор Глюк отправился в путешествие … по реке на плоту. Ровно через час он причалил к пристани «Грибки», где обнаружил, что забыл свой рюкзак на пристани в «Дубках».К счастью, Глюк увидел на берегу своего друга — теоретика Бага, у которого была моторная лодка. На ней друзья поплыли обратно, забрали рюкзак и вернулись в «Грибки».Сколько времени плыла моторная лодка против течения, если всё плавание заняло 32 минуты?Мотор лодки в течение всего плавания работал на полную мощность, а время, которое потребовалось на подбор рюкзака, пренебрежимо мало.

Двигун кондиціонера споживає силу струму 5 А від мережі напругою 220 В. Яку корисну роботу виконує двигун за 10 хв, якщо його ККД дорівнює 90 %? А. 60 … 0 кДж Б. 800 кДж В. 650 кДж Г. Немає вірної відповіді ​.

Обчисліть тиск, який чинить на рейки чотиривісний навантажений вагон масою 42 т на рейки, якщо площа дотикання колеса з рейкою 5 см 2 . А. 10 4 кПа Б. … 10 6 кПа В. 10 5 кПа Г. Не має вірної відповіді​.

Снаряд, выпущенный вертикально вверх, мгновенно разрывается в высшей точке траектории на два осколка, массы которых m=10 кг и 2m=20 кг. Скорость лёгко … го осколка сразу после взрыва v1=1000 м/с. Найдите скорость v2 второго осколка сразу после взрыва. Найдите суммарный импульс Pc всех осколков через t1=5 с после взрыва. В этот момент все осколки находятся в полете. Силы сопротивления воздуха, действующие на осколки, считайте пренебрежимо малыми.

Допоможіть з двома завданнями, дам 34 бала.​

Электрическое поле — Физика — Тесты

Электрическое поле

1. Источником электростатического поля является …

А. Постоянный магнит.

Б. Проводник с током.

В. Неподвижный электрический заряд.

Г. Движущийся электрический заряд.

2. Какой из графиков на рис. соответствует зависимости модуля кулоновской силы, действующей между двумя точечными зарядами, от расстояния между зарядами?

1

3

2

4

А. 1. Б. 2. В.3. Г. 4.

3. В одну и ту же точку однородного электрического поля вначале поместили протон, а затем – электрон . Величина кулоновской силы, действующей на частицу, …

А. Не изменилась.

Б. Увеличилась.

В. Уменьшилась.

Г. Вначале увеличилась, а затем уменьшилась.

4. Как изменится сила кулоновского взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов при увеличении расстояния между ними в 4 раза?

А. Увеличится в 4 раза.

Б. Уменьшится в 4 раза.

В. Увеличится в 16 раз.

Г. Уменьшится в 16 раз.

5. Как изменится сила электростатического взаимодействия двух точечных неподвижных зарядов при перенесении их из вакуума в среду с диэлектрической проницаемостью 81, если расстояние между ними остается прежним?

А. Не изменится.

Б. Уменьшится а 81 раз.

В. Увеличится в 81 раз.

Г. Уменьшится в 6561 раз.

6. На рис. приведено графическое изображение электрического поля с помощью линий напряженности. На каком из рисунков изображено однородное электрическое поле?

1 2 3 4

А.1. Б. 2. В. 3. Г. 4.

7. Как изменится по модулю напряженность электрического поля в данной точке при уменьшении заряда, создающего поле, в 3 раза?

А. Уменьшится в 3 раза.

Б.Увеличится в 3 раза.

В. Уменьшится в 9 раз.

Г. Не изменится.

8 . Разность потенциалов между обкладками конденсатора 200 В. Электрон перемещается из точки 1 в точку 2 так, как показано на рис. Чему равна работа по перемещению электрона из одной точки поля в другую?

А. 200 Дж.

Б. 0.

В. 320*10^-19 Дж.

Г. 320*10¹⁹ Дж.

9. На рис. изображено однородное электрическое поле и протон. В каком направлении на протон действует сила и каков характер движения частицы?

А. Влево, равномерное.

Б. Влево, равноускоренное.

В. Вправо, равномерное.

Г. Вправо, равноускоренное.

10. Заряд конденсатора 0,4 мКл, напряжение между обкладками 500 В. Энергия заряженного конденсатора равна …

А. 0,1 Дж.

Б. 0,2 Дж.

В. 100 Дж.

Г. 200 Дж.

Ответы:

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
В	Г	А	Г	Б	В	А	Б	Б	А

Помехи от морской поверхности системам ближней электростатической локации | Ластовецкий

В процессе движения воздушного объекта — но­сителя электростатического локатора (самоле­та, ракеты, снаряда и т. д.) на его поверхности накапливается не скомпенсированный электри­ческий заряд, который возбуждает в окружа­ющем пространстве электрическое поле. Под действием этого поля, а также электрического поля Земли на морской поверхности индуци­руются электрические заряды, создающие в окружающем пространстве вторичное элек­трическое поле (ЭП), которое воспринимается электростатическим локатором (ЭЛ). Вторич­ное поле представляет собой суперпозицию флуктуирующей и регулярной составляющих. Как та, так и другая приводят к маскировке по­лезного сигнала от цели, поэтому актуальной становится задача исследования характеристик вторичного электрического поля над морской поверхностью.

Будем считать, что каждая из сред одно­родна, а граница раздела между ними фикси­рована. Морская поверхность (МП) h(x,y,t) является идеально проводящей, удовлетворяет ограничениям метода малых возмущений [1].

В рамках метода малых возмущений от­ражённое поле рассматривается в виде суммы полей 0-го и 1-го порядков [1]. Тогда потенци­ал вторичного поля φ_z(xy,z) представим в виде суммы полей: основного φ₀(x,y,z), полученно­го при наличии гладкой поверхности раздела (средней плоскости), и возмущённого φ

1(x,y,z), вызванного неровностями МП (деформацией плоскости):

φ_z(x,y,z)=φ₀(x,y,z)+φ₁(xy,z).

Это суммарное поле должно удовлетво­рять граничным условиям, т. е. быть равным 0 на поверхности раздела сред: z = h(x,y,t).

Исходя из этого и зная основное поле φ₀, найдем возмущённое φ₁ как дополнение к основному, обеспечивающее соблюдение гра­ничных условий на шероховатой поверхности. Для этого суммарное поле разложим в ряд по степеням z, ограничимся двумя членами раз­ложения:

или с учётом граничного условия:

Составляющие возмущённого поля в не­посредственной близости от средней плоско­сти (z = 0) равны

Таким образом, мы от деформирован­ной эквипотенциальной морской поверхности h(x,y,t) перешли к не эквипотенциальной пло­скости с распределением потенциала φ₁(x,y,0).

В соответствии с [2] при известном рас­пределении потенциала на плоскости z=0 по­тенциал поля в какой-либо точке M(x_my_m,z_m) в области z > 0 определится через функцию Гри­на для плоского полупространства:

Рассмотрим два предельных случая: ког­да первичное поле (например электрическое поле Земли) равномерно и когда источником первичного электростатического поля является точечный заряд. В соответствии с принципом суперпозиции для источника поля в виде про­извольного распределённого заряда результирующее поле может быть найдено интегри­рованием решения по области распределения источников.

При равномерном первичном поле Зем­ли:

φ_ig (x, y, 0) = -E_gn_gh{x, y) =| E_g | h(x, y), (3)

где E_g — вектор электрического поля Земли, на­правленный в сторону отрицательных z;

n_g — единичный вектор нормали к плоско­сти z = 0, направленный в сторону положи­тельных z.

Подставив (3) в (2) для потенциала флук­туирующей части возмущённого поля, полу­чим

Рассмотрим другой крайний случай — то­чечный источник поля, характеризуемый заря­дом q и размещенный в точке с координатами

(x_T y_T z_T).

Для распределения потенциала, выпол­нив аналогичные преобразования, получим (индекс Т указывает на природу источника поля — «точечный»):

где ε0 = 8,854·10^-12 Ф/м — электрическая по­стоянная.

В общем виде для компоненты электри­ческого поля (как частной производной потен­циала поля, по соответствующей координате взятой с обратным знаком) в точке наблюдения с координатами (x_my_m,z_m) можно записать:

 где E_K — соответствующая компонента вектора электрического поля;

M_K — соответствующий масштабный мно­житель;

g_K(x_m-x, y_m-y, z_m) — некоторая весовая функ­ция.

Индекс K принимает обозначение x, y, z для равномерного поля, для точечного источ­ника к этому индексу добавляется индекс Т.

Из (5) следует, что пространственное рас­пределение той или иной компоненты вектора электрического поля на фиксированной высоте z_m определяется двумерной сверткой функции высот волнового рельефа h (x, y) с соответ­ствующей весовой функцией g_K(x, y). По смыс­лу весовая функция g_K(x, у) является двумер­ной импульсной переходной характеристикой пространственного фильтра — ядром фильтра. На основании правил преобразования Фурье свертка функций в координатной форме ото­бражается в частотном представлении произ­ведением спектров этих функций.

Ядро фильтра g_K(x, у) может быть аппрок­симировано двумерными функциями Гаусса вида exp(-n г²), где n — некоторая константа и введено обозначение r=(x²+y²)/z_m².

Формулы для масштабных множителей Em_K, весовых функций g_K каждой из компонент поля E_k и их аппроксимаций в случае равно­мерного первичного поля и поля возбуждаемо­го точечным источником сведены в табл. 1, 2.

 

Таблица 1

Формулы для масштабных множителей, весовых функций каждой из компонент поля и их аппроксимаций (первичное поле равномерное)

 

Таблица 2

Формулы для масштабных множителей, весовых функций каждой из компонент поля и их аппроксимаций (ис­точник первичного поля — точечный заряд q)

После нахождения компонент вектора ЭП для точечного источника в результате была сделана подстановка x_T = x_m , y_T=y_m, z_T = z_m (ре­гистрация возмущённого поля осуществляется локатором, который и является одним из источ­ников первичного поля).

Для примера на рис. 1 приведена характе­ристика ядра фильтра g_TT (сплошной линией) и её аппроксимация функцией Гаусса (точками).

 

Рис. 1. Характеристика ядра фильтра и её аппроксимация функцией Гаусса

 

Частотная характеристика простран-ственного фильтра может быть найдена как двумерное преобразование Фурье от ядра:

где η_x=2π/λ_x, η_y=2π/λ_y, λ_x, λ_y — значения про­странственных длин волн вдоль осей x, y со­ответственно.

Выполнив интегрирование, получим про­странственные частотные характеристики двух видов:

• для пространственного фильтра опреде­ляющего спектр x и y (горизонтальных) компо­нент электрического поля

• и для пространственного фильтра определя­ющего спектр z (вертикальной) компоненты электрического поля

В зависимости от источника первично­го поля и рассматриваемой компоненты ЭП в формулы (6) и (7) следует подставить со­ответствующее значение коэффициента n из табл. 1, 2.

Пространственные фильтры обладают явно выраженными фильтрующими свойства­ми. На рис. 2 приведено сечение нормирован­ной к максимуму частотной характеристики W_z(η_x, η_y плоскостью η_y, = 0 для n = 4 в функции b = z_m / λ — отношения высоты полёта к длине волны.

 

Рис. 2. Сечение частотной характеристики пространственного фильтра

 

Из рис. 2 видно, что составляющие спек­тра высот морской поверхности, имеющие длину волны меньшую, чем полторы высоты полёта локатора, практически не участвуют в формировании флуктуирующей составляющей электрического поля. Для морского волнения флуктуирующая составляющая поля опреде­ляется крупными составляющими морских волн, т. е. теми спектральными составляющи­ми спектра высот морской поверхности, кото­рые обладают наибольшей энергией.

Для двумерного энергетического спектра составляющих электрического поля на высоте z_m получим:

где  —  двумерный  энергетический спектр высот морского волнения.

Проведем оценку погрешности расчёта по приведенным формулам (при разложении поля источников в ряд мы ограничились дву­мя членами). Рассмотрим морское волнение в виде детерминированной «гофрированной» поверхности, описываемой формулой:

h(x,y) = H cos(η_x x)                                                                            (9)

где H — амплитуда волны.

В качестве источника поля будем рассма­тривать точечный заряд.

Подставим (9) в (5), учтём масштабный множитель и аппроксимацию ядра простран­ственного фильтра по табл. 2 и, выполнив ин­тегрирование, для вертикальной составляющей ЭП получим:

Пусть пространственная длина волны λ_x значительно больше высоты полёта z_m на­столько, что экспоненциальный множитель в (10) обращается в единицу. С другой стороны, движение точечного заряда над гармонической поверхностью, длина волны которой в преде­ле стремится к бесконечности, эквивалентно движению точечного заряда над плоской по­верхностью с переменной высотой полёта. Гра­ничные значения высоты полёта принимают значения z_m+H и z_m — H. Амплитуда поля найдет­ся как половина разности полей, отражённого в плоскости точечного заряда, для граничных значений высот полёта:

Сравнивая амплитуды полей точного (11) и приближённого (10) результатов для относи­тельной погрешности, можно записать:

где z₀=z_m/H — отношение высоты полёта к ам­плитуде гармонической морской волны.

График относительной погрешности в функции z_o приведён на рис. 3.

 

Рис. 3. Зависимость относительной погрешности расчёта от относительной высоты полёта ЭЛ

 

Средняя высота волны случайного мор­ского волнения, отсчитываемая от подошвы до гребня волны, примерно в 3 раза меньше вы­соты волны с максимальным размахом. Можно считать, что относительная высота полёта ЭЛ во всех практически значимых случаях превы­шает 3 (ЭЛ при движении не имеет касания с морской поверхностью) и предельное значение погрешности расчёта по полученным форму­лам не превышает 20 %.

Для получения численных оценок энер­гетического спектра электрического поля не­обходимо в (8) задать двумерный спектр мор­ского волнения.

Для математического описания спектра морского волнения предложено большое коли­чество аналитических аппроксимаций, обзор которых подробно представлен в [3]. Достаточ­но полно, как экспериментально, так и теорети­чески, исследован частотный энергетический спектр морского ветрового волнения, характе­ризующий распределение энергии между эле­ментарными волнами в фиксированной точке поверхности.

В основном аппроксимация частотного энергетического спектра осуществляется по формуле Барлинга:

Спектр по пространственным частотам в направлении генерального бега морских волн получается из (13) с учётом дисперсионного соотношения [3], которое связывает периоды, частоты колебаний, длины волн и волновые числа элементарных плоских волн со скоро­стью их распространения:

где η=ω²/g;

 

g — ускорение свободного падения.

Для примера, приведем значения пара­метров широко применяемых аппроксимаций спектра высот морского волнения:

• по Нейману: A=3,05π/2, B=2(g/V)², k=6, m=2;
• по Пирсону — Масковицу: A=1,62-10^-2g², B=0,74(g/V)², k=5, m=4, где V — средняя скорость ветра.

В настоящее время нет общепризнанных выражений для двумерного спектра, получен­ных аналитическим путём. Часто используе­мой и удобной аппроксимацией двумерного спектра волнения является представление его в виде функции [3] с разделяющимися перемен­ными в полярной системе координат:

S_h(η,θ)=S_h(h)cos² (θ)/π,                                                            (15)

где θ — угол между направлением генерального бега волн и направлением сечения двумерного спектра.

Переход от прямоугольной системы ко­ординат к полярной в (8) осуществляется из­вестными способами на основе соотношений η_x=ηcos(θ), η_y=ηsin(θ) (модуль якобиана ра­вен η).

Двумерный энергетический спектр со­ставляющих электрического поля на высоте z_m в координатах (η, θ) определится по формуле:

Для задач электростатической локации воздушных объектов представляет интерес спектр электрического поля вдоль заданного фиксированного направления, совпадающего с направлением полёта ЭЛ. Если заданное на­правление образует с осью OX угол ψ, то по­лучение одномерного спектра в этом направле­нии сводится к переходу в двумерном спектре (16) к новым переменным η_ν, θ и интегрирова­нию по всем значениям угла θ:

В процессе движения ЭЛ простран­ственные флуктуации ЭП преобразуются во временные. Если скорость полёта ЭЛ равна v_r, то можем получить энергетический спектр временных флуктуаций напряженности элек­трического поля по временным частотам ω пу­тём замены переменных (h_v=w/v_r) в (17):

Полученные результаты можно распро­странить и на некоторые естественные покро­вы земной поверхности (с соответствующей заменой спектра морского волнения на спектр высот земных покровов), многие из которых в основном удовлетворяют ограничениям метода малых возмущений.

В ряде случаев формула (5) позволяет провести приближённый расчёт сигналов ЭЛ (когда получение точного решения электро­статической системы не представляется воз­можным) при пролёте границы лес — поле, при пролёте вблизи кораблей и т. д.

Для примера на рис. 4 приведены ре­зультаты расчёта энергетического спектра временных флуктуаций вертикальной состав­ляющей электрического поля SE_z(w,z_m) для двух высот полёта z_m — 5 и 10 м. При расчёте была использована аппроксимация спектра высот морской поверхности Пирсона — Масковитца. Скорость ветра V = 10 м/с (что соот­ветствует волнению 5 баллов), электрический заряд носителя ЭЛ q = 10^-5 Кл, скорость полёта носителя v_r = 1000 м/с, ψ = 0.

 

Рис. 4. Энергетический спектр флуктуаций вертикальной составляющей электрического поля

 

Среднеквадратическое отклонение элек­трического поля составило 84 В/м (при высо­те полёта 5 м) и 9 В/м (при высоте полёта 10 м), центр тяжести спектра был равен соответственно 25 и 20 Гц.

Следует отметить, что при не горизон­тальном полёте (при изменении высоты z_m от времени) флуктуации приобретают нестацио­нарный характер.

Выводы

1. Спектр составляющих возмущённого элек­трического поля над морской поверхностью может быть найден как результат двумерной фильтрации спектра высот морской поверх­ности.
2. При 3D моделировании морской по­верхности и численном расчёте временной реализации составляющих возмущённого элек­трического поля область интегрирования мо­жет быть ограничена участком поверхности, примерно равным двум высотам полёта ЭЛ.
3. Спектр составляющих возмущённого электрического поля над морской поверхно­стью в основном определяется крупными со­ставляющими морского волнения, простран­ственная длина волны которых превышает высоту полёта ЭЛ.
4. При малых высотах полёта (5…15 м) помеха от морской поверхности превышает по­меху от атмосферного электричества (не пре­вышающую единиц В/м) и приводит к умень­шению дальности действия ЭЛ.

Статья источники электрического тока — universalmotors.ru

Источники электрического тока в технике и в живой природе.

Электрический ток давным-давно стал неотъемлемой частью нашей жизни и быта. Освещение наших жилищ, приведение в движение машин в промышленности и на транспорте, питание различных электронных приборов и многое другое — всё это требует электрического тока. А производится он в источниках тока, которые являются важнейшей составной частью мира электричества. Поэтому так важно знать о том, что же такое источники электрического тока и какие они бывают.

Источником электрического тока называют прибор, в котором какой-либо вид энергии (например, химическая или механическая) преобразуется в энергию электрического поля, то есть такой прибор является источником электродвижущей силы (ЭДС). Различают два типа источников тока: первичные — в которых происходит прямое преобразование какого-либо иного вида энергии в электрическую, и вторичные — в которых сначала электрическая энергия преобразуется в другую, и накапливается, а потом происходит обратный процесс. Конечно, подавляющее большинство источников тока сделано руками человека, но в природе есть, так сказать, нерукотворные источники тока — некоторые виды живых существ в процессе эволюции выработали в себе способность генерировать электрический ток достаточно большой мощности. А вообще говоря, основной элемент живой материи — живая клетка также является источником электрического тока, хотя и очень маленькой мощности. Это происходит потому, что движение заряженных частиц является неотъемлемой частью процессов жизнедеятельности.

А теперь более подробно рассмотрим различные виды источников тока.

Технические источники электрического тока.

Как уже было сказано, источник тока — это прибор, в котором некий, не электрический, вид энергии превращается в электрическую. Наиболее распространены источники тока, в которых в электрическую превращается энергия механического движения. Это — электрические машины, генераторы. В них используется явление электромагнитной индукции, благодаря которому механическая энергия движения, порождающая переменное магнитное поле, преобразуется в энергию переменного электрического поля, которая приводит в движение заряды в проводниках — появляется электрический переменный ток. В электрической машине есть неподвижная часть — статор, который обычно создает магнитное поле, и подвижная — ротор, вращающийся в этом поле, от которого отбирают ток. Конечно, есть конструкции, в которых, наоборот, переменное магнитное поле создает ротор, а ток отбирается от статора. В технике применяются электрические генераторы различной мощности: от десятых долей ватта в малогабаритной технике, до нескольких миллионов ватт на мощных электростанциях. Напряжение, даваемое генераторами, достигает 5000 вольт, а ток в несколько тысяч ампер.

А вот в повседневной жизни мы чаще встречаемся с другими источниками электрического тока — с батарейками и аккумуляторами. Эти источники тока являются электрохимическими, они превращают в электрическую энергию химических процессов, происходящих в электролитах. Причём, батарейки являются первичными источниками электрического тока, а аккумуляторы — вторичными: их сначала необходимо зарядить, то есть определённое время пропускать через них ток. При этом происходят определённые химические превращения веществ, которые накапливаются, а при разрядке аккумулятора эти превращения происходят в обратном направлении. Батарейки и аккумуляторы дают постоянный ток. Батарейка — это бытовое название гальванического элемента. Существует много типов гальванических элементов, наиболее распространенные среди них — угольно-цинковые. В таком элементе положительным электродом — анодом, является угольный стержень, а отрицательным, катодом — цинковый стаканчик, который его окружает. Электроды погружены в раствор электролита — хлористого аммония (Nh5Cl). Напряжение такого элемента равно 1,5 вольтам, а получаемый ток зависит от размеров элемента, то есть от площади его электродов: чем она больше, тем больший ток можно получить. Аккумуляторы наиболее распространены свинцовые и никель-кадмиевые. Первые из них применяются в автомобилях как стартерные, напряжение элемента свинцового аккумулятора составляет 2,10 вольта, из элементов собирают батареи напряжением 6 и 12 вольт. Никель-кадмиевые аккумуляторы применяются в различной портативной электронной аппаратуре как заменители гальванических элементов, их напряжение равняется 1,25 вольта.

А на космических кораблях источником электрического тока являются солнечные батареи. Они превращают в электрическую энергию солнечный свет. Эти батареи состоят из кремниевых фотоэлектрических полупроводниковых элементов, которые благодаря свойствам p-n перехода превращают поток солнечных фотонов в электрический ток. А на тех космических кораблях, которые летают далеко от Солнца, используют подобные солнечным термоэлектрические батареи, преобразующие в электричество тепло, которое вырабатывается при ядерном распаде. Напряжение фото- или теплоэлектрического элемента составляет 0,19 — 0,41 вольта.

Новейшим источником тока являются магнитогидродинамические (МГД) генераторы. Электрический ток возникает в них при быстром движении высокоионизированной плазмы в магнитном поле. Магнитное поле отклоняет положительно заряженные частицы плазмы в одну сторону, а заряженные отрицательно — в противоположную, где они попадают на электроды, которые отводят электрический ток к потребителю.

Живые источники электрического тока.

Но не только человек создает источники электрического тока для своей потребности. Некоторые виды рыб в процессе эволюции приобрели способность вырабатывать мощные импульсы электрического тока. Они используют это для ориентирования, а также как средство обороны и нападения. Источником электрического тока у этих рыб являются электрические органы, образованные из видоизмененных мышечных и железистых клеток, размещенные вдоль тела. Эти рыбы так и называются электрическими. Существуют электрические скаты, угри и сомы. Среди них наиболее известными являются электрические скаты. Они живут в тропических водах, длина их достигает порой 1,8 метра, а вес — 90 килограммов. Скаты способны вырабатывать импульсы электрического тока длительностью до 5 секунд, напряжением до 500 вольт и силой тока до 0,7 ампера. Такой ток способен убить корову или лошадь. Электрические угри живут в пресной воде реки Амазонки, вырастают в длину до 2 метров, весом до 20 килограммов. А вот электрических сомов можно держать в аквариуме. Родина этих небольших, 20 — 60 сантиметров, рыб — река Нил.

Ранее уже было сказано, что живая клетка тоже является источником электрического тока очень маленькой мощности. Однако, надо добавить, что не вся клетка целиком является таким источником. В живой клетке ток вырабатывают как бы маленькие электростанции — митохондрии, маленькие тельца, которые содержатся в цитоплазме клетки. Они расщепляют определённые химические соединения, и за счет этого является источником энергии для жизнедеятельности клетки.

В небольшой статье нет возможности подробно осветить такую многогранную тему, как источники электрического тока. Тем более, что постоянное развитие науки и технологии, физики, биофизики и биологии создает все новые способы получения электрического тока, а также открывает новые тайны электрического тока в живой материи.

Представление о магнитном поле / Хабр

Мы все знаем, что такое постоянные магниты. Магниты – это металлические тела, притягивающиеся к другим магнитам и к некоторым металлам. То, что располагается вокруг магнита и взаимодействует с окружающими предметами (притягивает или отталкивает некоторые из них), называется магнитным полем.

Источником любого магнитного поля являются движущиеся заряженные частицы. А направленное движение заряженных частиц называется электрическим током. То есть, любое магнитное поле вызывается исключительно электрическим током.

За направление электрического тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. Если же движутся отрицательные заряды, то направление тока считается обратным движению таких зарядов. Представьте себе, что по кольцевой трубе течет вода. Но мы будем считать, что некий «ток» при этом движется в противоположном направлении. Электрический ток обозначается буквой I.

В металлах ток образуется движением электронов – отрицательно заряженных частиц. На рисунке ниже, электроны движутся по проводнику справа налево. Но считается, что электрический ток направлен слева направо.

Это произошло потому, что когда начали изучение электрические явления, не было известно, какими именно носителями чаще всего переносится ток.

Если мы посмотрим на этот проводник с левой стороны, так, чтобы ток шел «от нас», то магнитное поле этого тока будет направлено вокруг него по часовой стрелке.

Если рядом с этим проводником расположить компас, то его стрелка развернется перпендикулярно проводнику, параллельно «силовым линиям магнитного поля» — параллельно черной кольцевой стрелке на рисунке.

Если мы возьмем шарик, имеющий положительный заряд (имеющий дефицит электронов) и бросим его вперед, то вокруг этого шарика появится точно такое же кольцевое магнитное поле, закручивающееся вокруг него по часовой стрелке.

Ведь здесь тоже имеет место направленное движение заряда. А направленное движение зарядов есть электрический ток. Если есть ток, вокруг него должно быть магнитное поле.

Движущийся заряд (или множество зарядов – в случае электрического тока в проводнике) создает вокруг себя «тоннель» из магнитного поля. Стенки этого «тоннеля» «плотнее» вблизи движущего заряда. Чем дальше от движущегося заряда, тем слабее напряженность («сила») создаваемого им магнитного поля. Тем слабее реагирует на это поле стрелка компаса.

Закономерность распределение напряженности магнитного поля вокруг его источника такая же, как закономерность распределения электрического поля вокруг заряженного тела – она обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника поля.

Если положительно заряженный шарик перемещается по кругу, то кольца магнитных полей, образующихся вокруг него по мере его движения, суммируются, и мы получим магнитное поле, направленное перпендикулярно плоскости, в которой перемещается заряд:

Магнитный «тоннель» вокруг заряда оказывается свернутым в кольцо и напоминает по форме тор (бублик).

Такой же эффект получается, если свернуть в кольцо проводник с током. Проводник с током, свернутый в многовитковую катушку называется электромагнитом. Вокруг катушки складываются магнитные поля движущихся в ней заряженных частиц — электронов.

А если заряженный шарик вращать вокруг его оси, то у него появится магнитное поле, как у Земли, направленное вдоль оси вращения. В данном случае током, вызывающим появление магнитного поля, является круговое движение заряда вокруг оси шарика – круговой электрический ток.

Здесь, по сути, происходит то же самое, что и при движении шарика по кольцевой орбите. Только радиус этой орбиты уменьшен до радиуса самого шарика.

Все сказанное выше справедливо и для шарика заряженного отрицательно, но его магнитное поле будет направлено в противоположную сторону.

Данный эффект был обнаружен в опытах Роуланда и Эйхенвальда. Эти господа регистрировали магнитные поля вблизи вращающихся заряженных дисков: рядом с этими дисками начинала отклоняться стрелка компаса. Направления магнитных полей в зависимости от знака заряда дисков и направления их вращения, показаны на рисунке:

При вращении незаряженного диска, магнитные поля не обнаруживались. Не было магнитных полей и вблизи неподвижных заряженных дисков.

 

Модель магнитного поля движущегося заряда

Чтобы запомнить направление магнитного поля движущегося положительного заряда, мы представим себя на его месте. Поднимем правую руку вверх, затем укажем ею направо, затем опустим ее вниз, затем укажем влево и вернем руку в исходное положение – вверх. Затем повторим это движение. Наша рука описывает круги по часовой стрелке. Теперь начнем движение вперед, продолжая вращать рукой. Движение нашего тела – аналог движения положительного заряда, а вращение руки по часовой стрелке – аналог магнитного поля заряда.

Теперь представьте себе, что вокруг нас находится тонкая и прочная эластичная паутина, похожая на струны пространства, которые мы рисовали, создавая модель электрического поля.

Когда мы движемся сквозь эту трехмерную «паутину», из-за вращения руки, она, деформируясь, смещается по часовой стрелке, образуя подобие спирали, словно бы наматываясь в катушку вокруг заряда.

Сзади, за нами, «паутина» восстанавливает свою правильную структуру. Примерно так можно представлять себе магнитное поле положительного заряда, движущегося прямо.

А теперь попробуйте двигаться не прямо вперед, а по кругу, например, поворачивая при ходьбе налево, при этом вращая рукой по часовой стрелке. Представьте себе, что вы движетесь через нечто, напоминающее желе. Из-за вращения вашей руки, внутри круга, по которому вы движетесь, «желе» будет смещаться вверх, образуя горб над центром круга. А под центром круга, образуется впадина из-за того, что часть желе сместилось вверх. Так можно представлять себе формирование северного (горб сверху) и южного (впадина снизу) полюсов при движении заряда по кольцу или его вращения.

Если при ходьбе вы будете поворачивать направо, то «горб» (северный полюс) сформируется снизу.

Аналогично можно сформировать представление о магнитном поле движущегося отрицательного заряда. Только вращать рукой нужно в противоположную сторону – против часовой стрелки. Соответственно, магнитное поле будет направлено в противоположную сторону. Просто каждый раз следите за тем, в какой сторону ваша рука выталкивает «желе».

Такая модель наглядно демонстрирует то, почему северный полюс одного магнита притягивается к южному полюсу другого магнита: «горб» одного из магнитов втягивается во «впадину» второго магнита.

И еще эта модель показывает, почему не существуют отдельных северных и южных полюсов магнитов, как бы мы их не разрезали – магнитное поле представляет собой вихревую (замкнутую) «деформацию пространства» вокруг траектории движущегося заряда.

 

Спин

У электрона было обнаружено магнитное поле, такое, какое у него должно быть в том случае, если бы он был шариком, вращающимся вокруг своей оси. Это магнитное поле назвали спином (от английского to spin — вращаться).

Кроме того, у электрона существует еще и орбитальный магнитный момент. Ведь электрон не только «вращается», но движется по орбите вокруг ядра атома. А движение заряженного тела порождает магнитное поле. Так как электрон заряжен отрицательно, магнитное поле, вызванное его движением по орбите, будет выглядеть так:

Если направление магнитного поля, вызванного движением электрона по орбите, совпадает с направлением магнитного поля самого электрона (его спином), эти поля складываются и усиливаются. Если же эти магнитные поля направлены в разные стороны, они вычитаются и ослабляют друг друга.

Кроме того, могут суммироваться или вычитаться друг из друга магнитные поля других электронов атома. Этим объясняется наличие или отсутствие магнетизма (реакции на внешнее магнитное поле или наличие собственного магнитного поля) некоторых веществ.

Эта статья — отрывок из книги об азах химии. Сама книга здесь:
sites.google.com/site/kontrudar13/himia

UPD: Материал предназначен, в первую очередь, для школьников средних классов. Возможно, Хабр не место для подобных вещей, Но где место? Нет его.

Формула электрического поля

Объекты с электрическим зарядом излучают электрические поля. Это электрическое поле является источником электростатической силы, которую испытывают близлежащие заряженные объекты. Электрическое поле является векторной величиной, а направление силовых линий зависит от знака заряда источника. Векторы электрического поля направлены от положительно заряженных источников в сторону отрицательно заряженных источников. В формулу для электрического поля входит кулоновская постоянная, равная. Кулоновскую постоянную можно также записать через диэлектрическую проницаемость свободного пространства,.В таком виде кулоновская постоянная равна. Единица измерения величины электрического поля — ньютоны на кулон, Н / Кл.

= вектор электрического поля в определенной позиции в пространстве (N / C)

k = постоянная Кулона ()

q = заряд единственного точечного источника электрического поля (Кл)

r = расстояние от источника заряда (м)

= единичный вектор (длина 1), направление электрического поля (безразмерное)

Формула электрического поля Вопросы:

1) Электрические заряды часто выражаются кратными наименьшему возможному заряду.Если частица имеет заряд +6e, каковы величина и направление электрического поля на расстоянии 1.000 мм от заряда?

Ответ: Направление векторов электрического поля зависит от знака заряда. Заряд имеет положительное значение, поэтому электрическое поле направлено от источника. Первым шагом к решению величины электрического поля является преобразование расстояния от заряда в метры:

r = 1.000 мм

г = 0.001000 м

Величину электрического поля можно найти по формуле:

Электрическое поле на расстоянии 1000 мм от точечного заряда имеет величину 0,008639 Н / Кл и направлено от заряда.

2) Маленький металлический шар имеет заряд (микрокулонов).Если предположить, что мяч является точечным источником, каковы величина и направление электрического поля от источника?

Ответ: Направление векторов электрического поля зависит от знака заряда. Заряд имеет отрицательное значение, поэтому направление электрического поля указывает на источник. Первым шагом к вычислению величины электрического поля является преобразование заряда в кулоны. Префикс «», означающий «микро», указывает, что число масштабируется на 10 ^-6 и т. Д.Стоимость источника:

Величину электрического поля можно найти по формуле:

Электрическое поле на расстоянии 0,2500 м от небольшого металлического шара имеет величину и направлено в сторону заряда.

В установившихся условиях сохранение заряда требует, чтобы плотность тока должна быть соленоидальной.Таким образом, строки J не происходят или прекратить. У нас пока думали о токовых трубках, как о происходящих за пределами области интерес, на границах. Иногда удобно ввести объемное распределение источников тока, с ( r , t) А / м ³ , определяется так, что уравнение сохранения стационарного заряда принимает вид

Мотивация внедрения распределенного источника тока становится ясно, когда мы теперь определяем единичные источники и думаем о том, как они могут быть реализованы физически.

Особенности распределенного источника тока

Аналогия между (1) и Закон Гаусса требует определения точечного, линейного и поверхностного тока. источников, как показано на рис. 7.3.1. Возвращаясь к разд. 1.3 где были определены аналогичные сингулярные зарядовые распределения, оно должно быть имея в виду, что сейчас мы рассматриваем источник плотности тока, не электрического потока.

Рисунок 7.3.1 Распределения сингулярных источников тока концептуально представлена ​​верхней строкой, что указывает на то, как эти может быть реализовано физически нижним рядом электродов, питаемых через изолированные провода.

Точечный источник тока вызывает чистый ток i _p из объем V , который сжимается до нуля, всегда охватывая источник.

Такой источник может использоваться для представления текущего распределения вокруг небольшого электрода, помещенного в проводящий материал. В виде Как показано на рис. 7.3.1d, электрод подключается к источнику тока. i _p через изолированный провод. По крайней мере, в устойчивых условиях провод и его изоляцию можно сделать достаточно тонкими, чтобы ток распределение в окружающем проводнике не нарушается.

Обратите внимание, что если учитывать провод и его изоляцию, плотность тока остается соленоидальной. Поверхность, окружающая сферический электрод протыкается проволокой. Вклад в интеграл J d a из этой части поверхности интеграл равно и противоположно остальной части поверхности, окружающей электрод. Точечный источник в данном случае является уловкой для игнорирования влияние изолированного провода на распределение тока.

Трубчатый объем, имеющий площадь поперечного сечения A , используемый для определения линейная плотность заряда в гл. 1.3 (рис. 1.3.4) также применимо здесь для определения плотности тока в линии.

Как правило, K _l является функцией положения вдоль линии, как показано на рис. 7.3.1b. В этом случае физическая реализация потребует связки изолированных проводов, каждый оканчивается сегментом электрода, подводящим свой ток к окружающая среда, как показано на рис.7.3.1e. Чаще всего линия источник используется с двумерными потоками и описывает однородную проволоку электрод, управляемый с одного конца источником тока.

Источник поверхностного тока на рис. 7.3.1c и 7.3.1f определяется с использованием тот же инкрементный контрольный объем, охватывающий поверхностный источник, как показано на рис. 1.3.5.

Обратите внимание, что J _s — это net плотность тока, поступающего в окружающий материал при заданном расположение.

Поля, связанные с особенностями источников тока

В непосредственной близости от точечного источника тока, погруженного в однородный проводник, распределение тока сферически симметрично.Таким образом, при J = E интегральный закон непрерывности тока, (1) требует, чтобы

Отсюда напряженность электрического поля и потенциал точки источник следует как

Пример 7.3.1. Электропроводность изолированного сферического электрода

Простой способ измерения проводимости жидкости основан на используя небольшой сферический электрод радиусом a , как показано на рис. 7.3.2. Электрод, подключенный к изолированному проводу, погружается в жидкость однородной проводимости .Жидкость находится в контейнер со вторым электродом, имеющий большую площадь по сравнению с этим сферы и расположен на многих радиусах — от сферы. Таким образом падение потенциала, связанное с током i , который проходит от сферический электрод к большому электроду находится в значительной степени поблизости сферы.

Рисунок 7.3.2 Для небольшого сферического электрода проводимость относительно большого проводника на «бесконечности» определяется выражением (7).

По определению потенциал на поверхности сферы равен v , поэтому оценка потенциала точечного источника (6) при r = a дает

Эта проводимость аналогична емкости изолированного сферический электрод, как указано в (4.6.8). Здесь прекрасно утепленный провод, подключенный к сфере, мало повлияет на ток распределение.

Проводимость, связанная с контактом с проводящим материалом часто аппроксимируется представлением контакта как полусферический электрод, как показано на рис. 7.3.3. Область выше поверхность — изолятор. Таким образом, нет плотности тока и, следовательно, нет напряженности электрического поля, нормального к этой поверхности. Обратите внимание, что это условию удовлетворяет поле, связанное с точечным источником расположен на границе раздела проводник-изолятор.Дополнительный требование состоит в том, чтобы потенциал на поверхности электрода был v . Поскольку ток проходит только по половине сферической поверхности, из переоценки (6а) следует, что проводимость полусферический контакт поверхности

Рисунок 7.3.3 Полусферический электрод обеспечивает контакт с бесконечным полупространством материала с заданной проводимостью по (8).

Поля, связанные с однородными линейными и поверхностными источниками: аналогично рассмотренным для линейных и поверхностных зарядов в гл.1.3.

Принцип суперпозиции, как обсуждалось для уравнения Пуассона в гл. 4.3, в равной степени применимо и здесь. Таким образом, поля, связанные с сингулярностями источника более высокого порядка снова можно найти с помощью накладывая те из уже определенных основных сингулярных источников. Поскольку его можно использовать для моделирования батареи, вставленной в проводник, дипольный источник имеет особое значение.

Пример 7.3.2. Дипольный источник тока в сферических координатах

Положительный точечный источник тока величиной i _p расположен в точке z = d , прямо над отрицательным источником (стоком) такой же величины на источник.Пара источник-приемник, показанная на рис. 7.3.4, дает начало поля, аналогичные изображенным на рис. 4.4.2. В пределе, где шаг d стремится к нулю, в то время как произведение силы источника и это расстояние остается конечным, эта пара источников образует диполь. Начиная с потенциала, заданного для источника в начале координат (6) предельный процесс тот же, что и при (4.4.8). В дипольный момент заряда qd заменяется на текущий дипольный момент i _p d и _o , qd i _p d .Таким образом потенциал дипольного источника тока равен

Рисунок 7.3.4 Трехмерный дипольный ток источник имеет потенциал (9).

Потенциал источника полярного дипольного тока находится в Проб. 7.3.3.

Метод изображений

С новыми граничными условиями, описывающими установившийся ток дистрибутивы предоставляют дополнительные возможности для использования симметрии, так как обсуждается в гл. 4.7. На рис. 7.3.5 показана пара равных величин. точечные источники тока, расположенные на равном расстоянии справа и слева от плоской поверхности.В отличие от точечных обвинений На рис. 4.7.1 эти источники одного знака. Таким образом электрическое поле, нормальное к поверхности, равно нулю, а не касательное поле. Поле и распределение тока справа половина такая же, как если бы эта область была заполнена однородным проводником и ограничен изолятором слева от него.

Рисунок 7.3.5 Точечный источник тока и его изображение представляющий изолирующую границу.

1. Введение в электромагнитные поля

1.Введение в электромагнитные поля

• 1.1 Что такое электромагнитные поля?
• 1.2 Как была проведена повторная оценка опасности электромагнитных полей для здоровья?

1.1 Что такое электромагнитные поля?

Электромагнитные поля представляют собой сочетание невидимого электрического и магнитные поля силы.Они порождаются природными явлениями, такими как Магнитное поле Земли, но также в результате человеческой деятельности, в основном за счет использования электричество.

Мобильные телефоны, линии электропередач и компьютерные экраны являются примерами. оборудования, которое производит электромагнитные поля.

Самый рукотворный электромагнитные поля меняют их направление через равные промежутки времени, изменяя с высоких радиочастот (мобильные телефоны) через промежуточных частот (компьютер экранов) до предельно низких частот (мощность линий).

Термин статический относится к полям, которые не изменяются со временем (т.е. с частотой 0 Гц). Статический магнитные поля используются в медицинские изображения и генерируются приборами, использующими постоянный ток. Более…

Типовые источники электромагнитных полей

Диапазон частот	Частоты	Некоторые примеры источников облучения
Статический	0 Гц	единиц видеодисплея; МРТ (медицинский изображения) и другие диагностические или научные приборостроение; промышленный электролиз; сварка устройства
ELF [Чрезвычайно низкие частоты]	0-300 Гц	линий электропередачи; внутренние распределительные сети; одомашненный бытовая техника; электрические двигатели в автомобилях, поездах и трамваи; сварочные аппараты
IF [Промежуточные частоты]	300 Гц — 100 кГц	единиц видеодисплея; противоугонные устройства в магазинах; системы контроля доступа без помощи рук, кард-ридеры и металлоискатели; МРТ; сварка устройства
RF [Радиочастоты]	от 100 кГц до 300 ГГц	мобильных телефонов; радиовещание и телевидение; микроволновые печи; радиолокационные и радиопередатчики; портативные радиоприемники; МРТ

Источник и ©: Возможное влияние электромагнитных полей (ЭМП) на здоровье человека

1.2 Как была переоценена опасность электромагнитных полей для здоровья?

Обзор соответствующих научных отчетов был проведен с акцент на статьях, опубликованных в 2007 и 2008 годах, и исследованиях считается релевантным, комментируются в заключении.Области, где литературы особенно мало. дается объяснение, почему результаты некоторых исследований не добавить полезную информацию в базу. Эта оценка оценивает оба возможных воздействия на группы людей, у которых подвергался воздействию электромагнитные поля в их повседневная жизнь (эпидемиологические данные) и потенциальные эффекты, наблюдаемые в лабораторных экспериментах, проводимых на добровольцев, животных и культуры клеток (экспериментальные доказательство).

Основываясь на этих совокупных доказательствах, оценка оценивает существует ли причинно-следственная связь между воздействием электромагнитные поля и некоторые неблагоприятные последствия для здоровья. Ответ на этот вопрос не обязательно однозначный: да. или нет, но выражает весомость доказательства ссылки между экспозицией и эффектом.Если такая ссылка найдена, оценки риска насколько сильно воздействие на здоровье и насколько велик риск для здоровья будет для разных уровней воздействия и схем воздействия (зависимость доза-реакция). Характер и степень выделяются неопределенности и то, как электромагнитные поля могут вызывать эффекты (вероятный механизм) оцениваются.Подробнее …

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 вашего браузера для приема файлов cookie

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

• В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы исправить это, 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. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

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

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Полевой насос: жидкий диэлектрофорез вдоль виртуального микроканала с электрическими полями исток-затвор-сток

Мы исследуем жидкий диэлектрофорез (LDEP) для реализации полевых насосов (FEP), которые направляют жидкости от источника, через затвор , к электрическим полям стока между параллельными пластинами без внешних насосов или проблемы мертвого объема. Соответствующее электрическое поле затвора создает виртуальный микроканал без стенки для переноса жидкости от истока к сливу с регулируемой скоростью потока ( Q ), управляемой разностью квадрата напряженности электрического поля (Δ E ² _DS ).Аналогично полевым транзисторам (FET), FEP могут работать в «линейной», «переходной» или «насыщенной» области в зависимости от Δ E ² _GD и Δ E ² _DS . При достаточном Δ E ² _GD и небольшом Δ E ² _DS , FEPs работали в линейной области, где Q было линейно пропорционально Δ E ² _DS и обратно пропорционально сопротивлению потоку R , которое в основном определялось длиной ( L ), шириной ( W ) и высотой ( H ) стабильного и полностью занятого виртуального микроканала.При недостаточном Δ E ² _GD и от среднего до большого Δ E ² _DS наблюдалось сужение, сужение и даже отсечение виртуальных микроканалов. , который увеличил R и изменил операцию на переход или область насыщения. Объединение потоков с полевым эффектом, регулирующее два потока, было построено на основе двух FEP с общими электродами затвора и стока. Универсальность FEP была продемонстрирована предварительными исследованиями цельной крови и растворов частиц.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй еще раз?

Напряженность электрического поля — определение, формула и единицы

Все материалы состоят из атомов, содержащих субатомные частицы, такие как электроны, протоны и нейтроны.Эти субатомные частицы также известны как заряженные частицы. Электроны имеют отрицательный заряд, а протоны — положительно. Если атом содержит большое количество электронов по сравнению с количеством протонов, он считается заряженным отрицательно. В то время как атом содержит большое количество протонов по сравнению с количеством электронов, он считается заряженным положительно. С каждым электрическим зарядом связано электрическое поле. Одна из характеристик электрического заряда — это напряженность электрического поля.

Что такое напряженность электрического поля?

Определение: Электрический заряд переносится субатомными частицами атома, такими как электроны и фотоны. Заряд электрона составляет около 1,602 × 10 ^-19 кулонов. Каждая заряженная частица создает вокруг себя пространство, в котором ощущается действие ее электрической силы. Это пространство вокруг заряженных частиц известно как «электрическое поле». Каждый раз, когда единичный тестовый заряд помещается в это электрическое поле, он испытывает силу, исходящую от исходной частицы.Величина силы, которую испытывает заряженная частица, когда она находится в электрическом поле, известна как напряженность электрического поля.

Напряженность электрического поля — это векторная величина. У него есть и величина, и направление. Испытательный заряд, который подвергается воздействию электрического поля исходного заряда, будет испытывать силу, даже если он находится в состоянии покоя. Напряженность электрического поля не зависит от массы и скорости пробной заряженной частицы. Это зависит только от количества заряда, присутствующего на частице тестового заряда.Испытательный заряд может быть положительно заряженной частицей или отрицательно заряженной частицей.

Направление электрического поля определяется зарядом на пробной заряженной частице. Для определения направления напряженности электрического поля тестовый заряд считается положительным. Таким образом, когда частица с положительным тестовым зарядом вводится в это электрическое поле, она испытывает силу отталкивания. Таким образом, напряженность электрического поля будет направлена ​​в сторону от заряда.В то время как для отрицательно заряженного испытательного заряда направление силы электрического поля будет направлено к исходной частице заряда.

Формула напряженности электрического поля

Рассмотрим заряженную частицу с зарядом «Q». Эта заряженная частица создает вокруг себя электрическое поле. Поскольку эта заряженная частица является источником электрического поля, ее называют источником заряда. Напряженность электрического поля, создаваемого исходным зарядом, можно рассчитать, поместив другой заряд в его электрическое поле.Эта частица внешнего заряда, которая используется для измерения напряженности электрического поля, называется пробным зарядом. Пусть заряд тестового заряда равен «q».

Напряженность электрического поля

Когда тестовый заряд помещается в электрическое поле, он испытывает либо электрическую силу притяжения, либо источник электрического отталкивания. Обозначим силу как «F». Теперь величина напряженности электрического поля может быть определена как «сила, приходящаяся на заряд испытательного заряда». Таким образом, напряженность электрического поля «E» равна

.

E = F / q —— Eqn1

Здесь учитывается заряд пробной заряженной частицы, а не заряд исходной заряженной частицы.В единицах СИ единицами измерения напряженности электрического поля являются ньютон на кулон. Напряженность электрического поля не зависит от количества заряда на пробной заряженной частице. Он измеряется одинаково для всего заряда источника независимо от заряда тестовой заряженной частицы.

Из закона Кулона

Напряженность электрического поля также известна как напряженность электрического поля. Формула для напряженности электрического поля также может быть получена из закона Кулона.Этот закон дает соотношение между зарядами частиц и расстоянием между ними. Здесь два заряда — «q» и «Q». Таким образом, электрическая сила «F» равна

.

F = k.q.Q / d ²

где k — коэффициент пропорциональности, а d — расстояние между зарядами. Когда это уравнение заменяется силой в уравнении 1, формула для напряженности электрического поля получается как

E = к. В / д ²

Приведенное выше уравнение показывает, что напряженность электрического поля зависит от двух факторов — заряда источника «Q» и расстояния между зарядом источника и испытательным зарядом.

Таким образом, напряженность электрического поля заряда зависит от местоположения. Оно обратно пропорционально квадрату расстояния между зарядом источника и испытательным зарядом. По мере увеличения расстояния величина напряженности электрического поля или напряженности электрического поля уменьшается.

Расчеты напряженности электрического поля

Из формулы напряженности электрического поля было получено, что —

• Оно обратно пропорционально расстоянию между источником и испытательными зарядами.
• Прямо пропорционально заряду Q на исходном заряде.
• Не зависит от заряда тестового заряда «q».

Когда эти условия применяются к закону обратных квадратов, соотношение между напряженностью электрического поля (E1) на расстоянии d1 и напряженностью электрического поля (E2) на расстоянии (d2) определяется как —

E1 / E2 = d ² 1 / d ² 2

Таким образом, при увеличении расстояния в 2 раза напряженность электрического поля уменьшится в 4 раза.

Рассчитайте напряженность электрического поля, действующего на частицу с зарядом -1,6 × 10 ^-19 C, когда электрическая сила составляет 5,6 × 10 ^-15 Н.

Здесь даны сила F и заряд «q». Тогда напряженность электрического поля E рассчитывается как E = F / q

, таким образом, E = 5,6 × 10 ^-15 /-1,6 × 10 ^-19 = -3,5 × 10 ⁴ N / C

Формула размеров для силы (ньютон) за единицу кг.м / с ² — это МЛТ ^-2 . Формула размеров кулонов для ампер-секунд — AT. Таким образом, размерная формула для напряженности электрического поля MLT ^-3 A ^-1 .

Часто задаваемые вопросы

1). Как определяется электрическое поле?

Электрическое поле определяется как сила на единицу заряда.

2). Каково значение константы пропорциональности «k»?

Значение константы пропорциональности k в законе Кулона равно 9.0 × 10 ⁹ Н-м ² / C ² .

3). Зависит ли напряженность электрического поля от количества заряда в тестовом заряде?

Нет, напряженность электрического поля не зависит от величины «q». Согласно закону Кулона с увеличением заряда электрическая сила также увеличивается в такой же раз. Таким образом, эти два изменения нейтрализуют друг друга. Это можно понять по формуле напряженности электрического поля E = F / q.

4).Каково направление напряженности электрического поля при использовании положительно заряженной тестовой частицы?

Когда используется частица с положительным зарядом, вектор напряженности электрического поля всегда будет направлен от положительно заряженных объектов. Поскольку заряд источника и тестовый заряд имеют положительный заряд, они отталкиваются друг от друга. Это наоборот для отрицательно заряженных частиц.

Таким образом, ситуация усложняется, когда точечный заряд находится под влиянием многих исходных зарядов.Здесь сначала рассчитывается напряженность электрического поля отдельных зарядов источника. Затем векторная сумма всех этих интенсивностей дает результирующую напряженность поля при этом точечном заряде. Каково направление напряженности электрического поля при отрицательном испытательном заряде?

Видеоурок: Электрические поля | Нагва

Стенограмма видео

В этом видео мы узнаем об электрических полях.Посмотрим, что это за поля, как они работают и как взаимодействуют с электрическими зарядами.

Первое, что нужно знать о электрические поля в том, что они создаются электрическими зарядами. Любой заряд — будь то положительный один у нас здесь или отрицательный заряд — создает вокруг себя электрическое поле. Однако в данный момент если бы мы сказали, что этот положительный заряд был единственным электрическим зарядом в Вселенная, мы не смогли найти доказательств существования ее электрического поля.Требуется другой электрический заряд — скажите вот здесь — чтобы ответить на поле, созданное этим зарядом в первое место. И, кстати, это второе обвинение мы втянули также само поле, и тогда первый заряд ответить на это.

Чтобы мы знали, какие обвинение, о котором идет речь, давайте возьмем это первоначальное обвинение и поставим его на стоять. Мы починим это на месте, и мы назовем это исходным зарядом.Это электрическое поле, созданное это обвинение, которое мы рассмотрим отдельно. Мы можем дать имя этому другому заряжать. Мы можем назвать это пробным зарядом. Мы называем это так, потому что собираемся переместите этот заряд и проверьте электрическое поле, созданное нашим источником заряжать. И помните, это все с идея лучшего понимания этого невидимого явления, которое мы называем электрическое поле.

Один из способов почувствовать для этого поля нужно увидеть, в каком направлении оно толкает или тянет наш тест заряжать.Что касается электрического заряда взаимодействия, мы знаем, что два одинаковых заряда — как два положительных заряда, которые мы имеем здесь — будут взаимно отталкивать друг друга. Они будут отталкивать друг друга. Это означает, что если бы мы рисовали в стрелка, показывающая направление электрической силы на нашем испытательном заряде, что стрелка указывала бы на линию прямо от источника заряда.

Теперь, если бы мы остановились здесь и основали наше понимание электрического поля только на этом единственном фрагменте информации мы обнаружили, мы могли бы подумать, что все поле указывает в этом направлении, может выглядеть примерно так.Но давайте продолжим наш тест заряжаться вокруг. Допустим, мы поставили тестовый заряд здесь. В этом случае пробный заряд будет снова ощутите силу, направленную вверх в этом направлении, прямо от источника.

Обратите внимание, что стрелка представляющая эту силу короче, чем то, что было у нас раньше. Другими словами, величина толчок меньше, чем когда тестовый заряд был ближе к источнику.Если мы поместим сюда наш тестовый заряд, тогда мы увидим такое направление силы на этом заряде. Если мы поместим это здесь, ниже источник, мы бы увидели, что этот положительный тестовый заряд движется в этом направлении. И если бы мы попробовали это место для наших тестовый заряд, теперь мы увидим, что этот заряд движется в эту сторону.

Мы начинаем видеть карту того, что электрическое поле, создаваемое нашим положительным исходным зарядом, выглядит так. Поле, кажется, всегда действует вместе это радиолинии, направленные наружу от центра заряда источника.Это важное осознание об электрических полях. Итак, давай остановимся на мгновение и запишите кое-что из того, что мы узнали об этих полях.

Мы узнали, что все электрические заряды, как положительные, так и отрицательные, создают электрические поля. Только что мы увидели этот электрический поля направлены радиально от точечного заряда. Другими словами, если точечный заряд подобен центру колеса, тогда электрическое поле указывает на спицы колесо.Мы могли бы нарисовать это так. Мы могли бы показать наш источник заряда и затем линии электрического поля — так называются эти желтые линии — указывают из этого источника. Как мы уже говорили, электрические поля невидимый. И конечно, если бы у них не было физический эффект, то мы бы не очень интересовались ими или мало что знали о их.

Но вернемся к стрелкам, которые мы нарисовали силу, действующую на наш тестовый заряд, когда мы его перемещали наш положительный заряд источника.Эти пять стрелок, которые мы нарисовали представляют величину и направление электрической силы, действующей на испытание заряжать. Обратите внимание, что эта сила — это сила На расстоянии. Ведь источник заряда и тестовые заряды не касаются друг друга. Их нет в физическом контакт. Мы говорим, что электрическая сила равна опосредовано или передано электрическим полем. Вот почему нам так интересно в электрическом поле, потому что оно отвечает за силу, которая толкает и тянет электрический заряд.

Хорошо, теперь мы можем начать думать, что электрические поля создаются только положительными зарядами. Ведь у нас положительный источник заряда, и мы работали с положительным тестовым зарядом. Но это будет противоречить нашему правилу что все электрические заряды создают электрические поля. И действительно, если бы мы поменяли положительный заряд источника с отрицательным, и если мы затем использовали тестовый заряд, который был также отрицательным, мы могли бы создать аналогичное отображение электрического поля, созданного нашим теперь отрицательным источником.Но в каком-то смысле нам не нужно это потому, что мы уже обнаружили, что электрические поля в целом они созданы положительными или отрицательными источниками, направленными радиально из точки заряжать.

Вместо этого давайте немного поменять местами. Давайте обратим наш отрицательный тестовый заряд обратно в положительный заряд. Когда мы это делаем, конечно, теперь мы имеют положительный заряд, взаимодействующий с отрицательным зарядом, противоположны.Когда у нас есть случай двух взаимодействующие противоположно заряженные частицы, мы знаем, что сила между ними равна привлекательный, а не отталкивающий. Это будет означать, что если мы сделаем набросок в сила, действующая на наш положительный тестовый заряд, будет выглядеть примерно так, прямо к центру отрицательного источника.

Но помните, когда у нас был положительный исходный заряд, сила на положительном испытательном заряде была противоположной направление.Эта разница в направлении говорит нам, что электрическое поле, создаваемое отрицательным источником, не то же самое, что создан положительным. Другими словами, быть комплексно, мы хотели бы нарисовать электрическое поле, исходящее от отрицательного источника потому что это поле чем-то отличается от того, которое исходит от положительный источник.

Итак, как эти двое поля разные? Что ж, глядя на разницу в направление силы на наш положительный тестовый заряд, мы можем сказать, что поля имеют противоположные направления.Они указывают противоположным образом. Положительный заряд источника толкает этот положительный тестовый заряд прочь. Так что мы могли закончить наш набросок за электрическое поле, создаваемое положительным источником, помещая эти стрелки на те линий, в то время как отрицательный источник притягивает к себе этот положительный заряд. В этом случае для электрического поля из отрицательного источника, мы нарисуем эти силовые линии, указывающие на источник.

То, что мы изучаем, кое-что о направлении электрического поля.Направление электрического поля указывает совпадает с направлением движения положительного заряда в поле. Вот почему все электрическое поле линии указывают внутрь в случае нашего отрицательного источника и наружу в случае нашего положительный. А теперь пора начинать понимание электрических полей на более глубоком уровне. Мы видели, что у них есть направление, связанное с ними. Более того, у них даже есть величина.То есть электрические поля являются векторными. количества. Мы видели, в каком смысле электрические поля имеют направление. Но какова бы их величина быть? Как бы мы это представили?

Чтобы увидеть, как мы это делаем, нарисуем в некоторых силовых линиях электрического поля, создаваемых нашим отрицательным исходным зарядом. Сделав это, давайте теперь рассмотрим что произойдет с нашим положительным тестовым зарядом, когда мы будем двигать его вверх и вниз — так, чтобы говорят — это воображаемая полоса.Всегда помните, кстати, что когда вы видите линии электрического поля, нарисованные на диаграмме, они физически нереальны конструкции. Они просто представляют электрическое поле характеристики. Но в любом случае мы переместим наши положительный тестовый заряд вверх и вниз по этой силовой линии и посмотрите, что произойдет.

Для начала допустим, что мы переместите его подальше от отрицательного источника. С нашим тестовым зарядом подальше от источника вектор силы — то есть электрическая сила, действующая на него — будет по-прежнему указывайте прямо на источник.Но его величина будет меньше. То есть стрелка будет короче. Теперь давайте попробуем переместить наш тест заряд близко к источнику. В этом случае сила нашего теста заряд был бы очень сильным, действительно представлен более длинной стрелкой, чем другие, и в том же направлении, что и раньше, к центру источника. Так что неудивительно, когда мы переместили тестовый заряд все ближе и ближе, сила на нем становилась сравнительно сильнее.

Но обратите внимание на силовые линии электрического поля нашего источника заряда. Здесь, где был наш тестовый заряд Вдали от источника силовые линии находятся довольно далеко друг от друга. Когда мы перешли в среднюю позицию, силовые линии приближались друг к другу, разделяя их меньшее расстояние. А рядом их разделяет еще меньшее расстояние. Вот что мы можем сказать о это. Можно сказать, что плотность силовые линии электрического поля увеличиваются по мере того, как мы движемся к источнику заряда.

Теперь мы, возможно, привыкли думать о этот термин плотность как масса на единицу объема. И действительно, это определение плотности. В нашем случае мы используем этот термин немного по-другому. Когда мы говорим о плотности силовых линий электрического поля, мы имеем в виду, сколько силовых линий заполняют определенный объем пространство. Конечно, линии поля не иметь массу. Но мы можем посчитать, сколько их разбросаны по определенному пространству.Мы можем думать об этом так.

Допустим, мы создаем квадрат и квадрат выглядит именно так и имеет этот размер. И что мы будем делать, это считать сколько линий поля появляется в этом квадрате по мере того, как мы приближаем его к источник. Прямо сейчас, когда мы дальше, мы видим, что в нем всего одна линия поля. Но затем мы перемещаем этот же размер квадрат ближе. Теперь есть два электрических поля линии через него.И мы можем придвинуть его ближе еще. А теперь мы считаем один, два, три, четыре, пять линий поля через него.

Дело в том, как мы перемещаем это квадрат того же размера все ближе и ближе к источнику, мы обнаружили больше силовых линий двигаясь через это. То есть плотность силовых линий повышается. И мы можем вспомнить, что когда мы двигались наш тестовый заряд все ближе и ближе к источнику, величина силы действуя на это увеличилось.Вот в чем смысл всего этого. Мы можем связать плотность силовые линии электрического поля с напряженностью поля и, следовательно, силой электрическая сила. Мы можем записать это так. Можно сказать, что электрическое поле плотность линий — это количество линий поля в определенном пространстве — указывает на напряженность электрического поля: чем больше плотность, тем больше поле сила.

На данный момент мы узнали довольно много об электрических полях.Прежде чем мы попробуем пару примеры, давайте рассмотрим еще одну вещь. До сих пор мы только что говорили о поля, создаваемые точечными зарядами, одиночным положительным или единичным отрицательным зарядом. Но на самом деле любой объект, пока у него есть чистый электрический заряд, который создаст электрическое поле. И это поле будет выглядеть иначе чем поля, создаваемые точечными зарядами, которые мы изучили до сих пор.

Например, представьте, что у нас есть гигантская плоская тарелка.Эта пластина продолжается и продолжается до тех пор, пока глаз может видеть. И еще скажем, что это пластина имеет общий или чистый положительный электрический заряд. Из-за этого эта пластина будет создают вокруг себя электрическое поле. И силовые линии электрического поля будут выглядят примерно так. Обратите внимание, что они указывают в сторону от пластина, потому что у нее положительный заряд, но они параллельны одному Другой. То есть эти строки никогда не будут Пересекать.

Кстати, это на самом деле довольно хорошо, потому что силовые линии электрического поля никогда не должны пересекаться. Если бы у нас когда-нибудь было электрическое поле пересекающиеся линии, это означало бы, что если мы поместим тестовый заряд прямо на их точка пересечения, этот тестовый заряд будет двигаться в двух разных направлениях. Но в этом нет смысла. Помните точку линий электрического поля в направлении движения положительного заряда в поле. Если бы у нас были перекрывающиеся линии полей это, казалось бы, говорит о том, что положительный тестовый заряд, помещенный туда, переместится в разные направления.Но этого не может быть.

Так или иначе, эти силовые линии приближаются выходящие из нашей тарелки, не сближаются и не расходятся дальше. Это говорит нам кое-что о напряженность электрического поля. Посмотрев сюда, мы увидели, что Плотность силовых линий электрического поля указывает на напряженность электрического поля. Но если силовые линии параллельны а они есть, это означает, что плотность никогда не меняется. Если плотность силовых линий не При изменении напряженности электрического поля также не меняется.Это интересно.

Но тогда представьте что-нибудь еще дальше. Допустим, мы добавляем больше позитива зарядить эту большую тарелку. Когда мы это сделаем, нам нужно будет добавить больше линий электрического поля, чем мы нарисовали ранее, потому что теперь электрическое поле сильнее, чем было раньше. И снова линии поля параллельны. И поэтому напряженность поля постоянно, независимо от того, как далеко мы уйдем от этой тарелки.Хорошо, все, что было сказано, давай посмотрим на примере вопроса, связанного с электрическими полями.

На схеме показаны электрические поле, создаваемое парой параллельно заряженных пластин. Красная пластина представляет положительно заряженная пластина, а синяя пластина представляет отрицательно заряженную тарелка. В какой из точек, 𝑅 или 𝑆 электрическое поле самое сильное?

Глядя на диаграмму, мы видим красная пластина, о которой нам сказали, имеет положительный заряд, а синяя пластина, о которой мы знаем имеет отрицательный заряд.Благодаря такой разнице в оплате, между пластинами создается электрическое поле. И мы видим линии поля представлен этими штриховыми линиями. Мы также видим три точки между пластины: точка 𝑃, точка 𝑅 и точка 𝑆. И мы хотим знать, в какой из эти три точки — самое сильное электрическое поле. Чтобы понять это, есть кое-что, что мы хотим вспомнить о силовых линиях электрического поля и о том, как они связаны с напряженность электрического поля.

Плотность силовых линий электрического поля указывает относительную напряженность электрического поля. Это означает, что электрическое поле линии, которые расположены ближе друг к другу, указывают на более сильное электрическое поле, чем поле линии, которые расположены дальше друг от друга. Например, если бы мы посмотрели на электрическое поле, создаваемое положительным точечным зарядом, если поставить ящик подальше от этот точечный заряд, через него не пройдет много силовых линий.Но по мере того, как мы приближаем коробку, через него пройдет больше силовых линий. То есть плотность силовых линий будет увеличивать. И так же электрическое поле сила увеличится. И это возвращает нас к нашему диаграмма.

Когда мы смотрим на эти электрические силовые линии между параллельными пластинами, мы замечаем, что они проходят параллельно одной Другой. То есть расстояние между силовые линии электрического поля всегда одинаковы.Они не сближаются или дальше друг от друга. Другими словами, электрическое поле Плотность линий постоянна на всем протяжении этой области между пластинами. И это говорит нам о том, что родственник Напряженность электрического поля также постоянна в этой области. В одном месте не сильнее и слабее в другом. Но это та же сила везде. Это правда, если мы учитывая точки 𝑃, 𝑅 и 𝑆 или любую точку между этими пластинами.Это говорит нам наш ответ о где электрическое поле наиболее сильное. Электрическое поле имеет такое же сила в каждой точке. И как мы видели, это включает в себя все точки между параллельными пластинами.

Сейчас хороший момент, чтобы обобщите то, что мы узнали об электрических полях. Начиная, мы узнали все электрические заряды создают электрические поля. Электрические поля посредничают или передают электрическую силу, толкает и притягивает электрические заряды.Для точечных зарядов электрический поля, которые они производят, выровнены, как спицы на колесе велосипеда. То есть они направлены радиально от источник заряда. Мы также узнали, что поля создаваемые положительными и отрицательными точечными зарядами, не одно и то же. Они указывают на противоположное направления. Поле, созданное положительным заряд указывает наружу, а поле, создаваемое отрицательным зарядом, направлено внутрь это обвинение.

Вместе с тем мы узнали, что плотность силовых линий электрического поля — количество силовых линий, содержащихся в пространстве или объем — указывает относительную напряженность электрического поля. И последнее, но не менее важное: мы увидели, что силовые линии электрического поля никогда не пересекают друг друга, потому что это указывало бы на то, что точка пересечения, сила, действующая на заряженную частицу, будет в двух разных направления. Есть еще много чего узнать электрические поля.Но эти очки помогут нам получить начал.

.