Site Loader

Содержание

Электростатическое поле, напряженность, силовые линии. Тест

Всего вопросов: 13

Вопрос 1. Источником электростатического поля является…

Вопрос 2. На рисунке приведено графическое изображение электрического поля с помощью линий напряженности. На каком из рисунков изображено однородное электрическое поле?

Вопрос 3. Физическая векторная величина, определяемая отношением силы, с которой электростатическое поле действует на положительный электрический заряд, к числовому значению этого заряда, называется:

Вопрос 4. За направление вектора напряженности электростатического поля принято:

Вопрос 5. По какой формуле из приведенных ниже можно рассчитать модуль напряженности электростатического поля точечного заряда q, находящегося в однородном диэлектрике?

Вопрос 6. Электрическое поле создано положительным зарядом. Какое направление имеет вектор напряженности в точке а?

Вопрос 7. На рисунке изображено однородное электрическое поле и протон. В каком направлении на протон действует сила и каков характер движения частицы?

Вопрос 8. На рисунке изображено однородное электрическое поле и электрон. В каком направлении на электрон действует сила и каков характер движения частицы?

Вопрос 9. Как изменится по модулю напряженность электрического поля в данной точке при увеличении заряда, создающего поле, в 4 раза?

Вопрос 10. Какой из графиков на рисунке соответствует зависимости модуля напряженности электрического поля, созданного уединенным точечным зарядом, от квадрата расстояния до него?

Вопрос 11. Одинаковые по величине и по знаку заряды расположены в двух вершинах равностороннего треугольника. Вектор напряженности в третьей вершине треугольника направлен…

Вопрос 12. Одинаковые по величине и по знаку заряды расположены в двух вершинах равностороннего треугольника. Вектор напряженности в третьей вершине треугольника направлен…

Вопрос 13. На каком расстоянии от небольшого заряженного шара напряженность электростатического поля в воде с диэлектрической проницаемостью 81 будет такой же, как в вакууме на расстоянии 18 см от центра шара?

Тест 1. Электростатическое поле. Основные понятия.

Тест 1. Электростатическое поле. Основные понятия.

Вопрос 1. Источником электростатического поля является…

A.

проводник с током

 B.

неподвижный электрический заряд

 C.

постоянный магнит

 D.

движущийся электрический заряд

Вопрос 2. На рисунке приведено графическое изображение электрического поля с помощью линий напряженности. На каком из рисунков изображено однородное электрическое поле?

A.

3

 B.

1

 C.

4

 D.

2

Вопрос 3. Физическая векторная величина, определяемая отношением силы, с которой электростатическое поле действует на положительный электрический заряд, к числовому значению этого заряда, называется:

A.

напряжением электростатического поля

 B.

напряженностью электростатического поля

 C.

плотностью энергии электростатического поля

 D.

потенциалом электростатического поля

Вопрос 4. За направление вектора напряженности электростатического поля принято:

A.

направление вектора силы, действующей на точечный положительный заряд, помещенный в поле

 B.

направление вектора силы, действующей на точечный отрицательный заряд, помещенный в поле

 C.

направление вектора скорости положительного точечного заряда, который перемещается под действием поля

 D.

направление вектора скорости отрицательного точечного заряда, который перемещается под действием поля

Вопрос 5. По какой формуле из приведенных ниже можно рассчитать модуль напряженности электростатического поля точечного заряда q, находящегося в однородном диэлектрике?

A.

 B.

 C.

 D.

Вопрос 6. Электрическое поле создано положительным зарядом. Какое направление имеет вектор напряженности в точке а?

A.

4

 B.

3

 C.

1

 D.

2

Вопрос 7. На рисунке изображено однородное электрическое поле и протон. В каком направлении на протон действует сила и каков характер движения частицы?

A.

вправо, равноускоренное

 B.

вправо, равномерное

 C.

влево, равномерное

 D.

влево, равноускоренное

Вопрос 8. На рисунке изображено однородное электрическое поле и электрон. В каком направлении на электрон действует сила и каков характер движения частицы?

A.

вправо, равноускоренное

 B.

влево, равноускоренное

 C.

влево, равномерное

 D.

вправо, равномерное

Вопрос 9. Как изменится по модулю напряженность электрического поля в данной точке при уменьшении заряда, создающего поле, в 3 раза?

A.

уменьшится в 9 раз

 B.

увеличится в 3 раза

 C.

не изменится

 D.

уменьшится в 3 раза

Вопрос 10. Какой из графиков на рисунке соответствует зависимости модуля напряженности электрического поля, созданного уединенным точечным зарядом, от квадрата расстояния до него?

A.

1

 B.

2

 C.

4

 D.

3

Вопрос 11. Одинаковые по величине и по знаку заряды расположены в двух вершинах равностороннего треугольника. Вектор напряженности в третьей вершине треугольника направлен…

A.

влево

 B.

вправо

 C.

вверх

 D.

вниз

Вопрос 12. Одинаковые по величине и по знаку заряды расположены в двух вершинах равностороннего треугольника. Вектор напряженности в третьей вершине треугольника направлен…

A.

вниз

 B.

влево

 C.

вправо

 D.

вверх

Вопрос 13. На каком расстоянии от небольшого заряженного шара напряженность электростатического поля в воде с диэлектрической проницаемостью 81 будет такой же, как в вакууме на расстоянии 18 см от центра шара?

A.

18 см

 B.

9 см

 C.

20 см

 D.

2 см

источником электрического поля является ответ — JSFiddle

Editor layout

Classic Columns Bottom results Right results Tabs (columns) Tabs (rows)

Console

Console in the editor (beta)

Clear console on run

General

Line numbers

Wrap lines

Indent with tabs

Code hinting (autocomplete) (beta)

Indent size:

2 spaces3 spaces4 spaces

Key map:

DefaultSublime TextEMACS

Font size:

DefaultBigBiggerJabba

Behavior

Auto-run code

Only auto-run code that validates

Auto-save code (bumps the version)

Auto-close HTML tags

Auto-close brackets

Live code validation

Highlight matching tags

Boilerplates

Show boilerplates bar less often

Компьютер как источник электростатического поля

При работе монитора на экране кинескопа накапливается электростатический заряд, создающий электростатическое поле ( ЭСтП ). В разных исследованиях, при разных условиях измерения значения ЭСтП колебались от 8 до 75 кВ/м. При этом люди, работающие с монитором, приобретают электростатический потенциал. Разброс электростатических потенциалов пользователей колеблется в диапазоне от -3 до +5 кВ. Когда ЭСтП субъективно ощущается, потенциал пользователя служит решающим фактором при возникновении неприятных субъективных ощущений. Заметный вклад в общее электростатическое поле вносят электризующиеся от трения поверхности клавиатуры и мыши. Эксперименты показывают, что даже после работы с клавиатурой, электростатическое поле быстро возрастает с 2 до 12 кВ/м. На отдельных рабочих местах в области рук регистрировались напряженности статических электрических полей более 20 кВ/м.

По обобщенным данным, у работающих за монитором от 2 до 6 часов в сутки функциональные нарушения центральной нервной системы происходят в среднем в 4,6 раза чаще, чем в контрольных группах, болезни сердечно-сосудистой системы — в 2 раза чаще, болезни верхних дыхательных путей — в 1,9 раза чаще, болезни опорно-двигательного аппарата — в 3,1 раза чаще. С увеличением продолжительности работы на компьютере соотношения здоровых и больных среди пользователей резко возрастает.

Исследования функционального состояния пользователя компьютера, проведенные в 1996 году в Центром электромагнитной безопасности, показали, что даже при кратковременной работе (45 минут) в организме пользователя под влиянием электромагнитного излучения монитора происходят значительные изменения гормонального состояния и специфические изменения биотоков мозга. Особенно ярко и устойчиво эти эффекты проявляются у женщин. Замечено, что у групп лиц (в данном случае это составило 20%) отрицательная реакция функционального состояния организма не проявляется при работе с ПК менее 1 часа. Исходя из анализа полученных результатов сделан вывод о возможности формирования специальных критериев профессионального отбора для персонала, использующего компьютер в процессе работы.

Влияние на зрение

К зрительному утомлению пользователя ВДТ относят целый комплекс симптомов: появление «пелены» перед глазами, глаза устают, делаются болезненными, появляются головные боли, нарушается сон, изменяется психофизическое состояние организма. Необходимо отметить, что жалобы на зрение могут быть связаны как с упомянутыми выше факторами ВДТ, так м с условиями освещения, состоянием зрения оператора и др. Синдром длительной статистической нагрузки (СДСН). У пользователей дисплеев развивается мышечная слабость, изменения формы позвоночника. В США признано, что СДСН — профессиональное заболевания 1990-1991 годов с самой высокой скоростью распространения. При вынужденной рабочей позе, при статической мышечной нагрузке мышц ног, плеч, шеи и рук длительно пребывают в состоянии сокращения. Поскольку мышцы не расслабляются, в них ухудшается кровоснабжение; нарушается обмен веществ, накапливаются биопродукты распада и, в частности, молочная кислота. У 29 женщин с синдромом длительной статической нагрузки бралась биопсия мышечной ткани, в которых было обнаружено резкое отклонение биохимических показателей от нормы.

 Стресс

Пользователи дисплеев часто находятся в состоянии стресса. По данным Национального Института охраны труда и профилактики профзаболеваний США (1990 г.) пользователи ВДТ в большей степени, чем другие профессиональные группы, включая авиадиспетчеров, подвержены развитию стрессорных состояний. При этом у большинства пользователей работа на ВДТ сопровождается значительном умственным напряжением. Показано, что источниками стресса могут быть: вид деятельности, характерные особенности компьютера, используемое программное обеспечение, организация работы, социальные аспекты. Работа на ВДТ имеет специфические стрессорные факторы, такие как время задержки ответа (реакции) компьютера при выполнении команд человека, «обучаемость командам управления» (простота запоминания, похожесть, простота использования и т.н.), способ визуализации информации и т.д. Пребывание человека в состоянии стресса может привести к изменениям настроения человека, повышению агрессивности, депрессии, раздражительности. Зарегистрированы случаи психосоматических расстройств, нарушения функции желудочно-кишечного тракта, нарушение сна, изменение частоты пульса, менструального цикла. Пребывание человека в условиях длительно действующего стресс-фактора может привести к развитию сердечно-сосудистых заболеваний.

 

Жалобы пользователей персонального компьютера возможные причины их происхождения.

 

Субъективные жалобы Возможные причины
резь в глазах визуальные эргономические параметры монитора, освещение на рабочем месте и в помещении
головная боль аэроионный состав воздуха в рабочей зоне, режим работы
повышенная нервозность электромагнитное поле, цветовая гамма помещения, режим работы
повышенная утомляемость электромагнитное поле, режим работы
расстройство памяти электромагнитное поле, режим работы
нарушение сна режим работы, электромагнитное поле
выпадение волос электростатические поля, режим работы
прыщи и покраснение кожи электростатические поле, аэроионный и пылевой состав воздуха в рабочей зоне
боли в животе неправильная посадка, вызванная неправильным устройством рабочего места
боль в пояснице неправильная посадка пользователя вызванная устройством рабочего места, режим работы
боль в запястьях и пальцах неправильная конфигурация рабочего места, в том числе высота стола не соответствует росту и высоте кресла; неудобная клавиатура; режим работы

 

В качестве технических стандартов безопасности мониторов широко известны шведские ТСО92/95/98 и MPR II. Эти документы определяют требования к монитору персонального компьютера по параметрам, способным оказывать влияние на здоровье пользователя. Наиболее жесткие требования к монитору предъявляет ТСО 95. Он ограничивает параметры излучения монитора, потребления электроэнергии, визуальные параметры, так что делает монитор наиболее лояльным к здоровью пользователя. В части излучательных параметров ему соответствует и ТСО 92. Разработан стандарт Шведской конфедерацией профсоюзов.

Стандарт MPR II менее жесткий – устанавливает предельные уровни электромагнитного поля примерно в 2,5 раза выше. Разработан Институтом защиты от излучений (Швеция) и рядом организаций, в том числе крупнейших производителей мониторов. В части электромагнитных полей стандарту MPR II соответствует российские санитарные нормы СанПиН 2.2.2.542-96 “Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организации работ”.

 Средства защиты пользователей от ЭМП

 В основном из средств защиты предлагаются защитные фильтры для экранов мониторов. Они используется для ограничения действия на пользователя вредных факторов со стороны экрана монитора, улучшает эргономические параметры экрана монитора и снижает излучение монитора в направлении пользователя.

Доказана возможность образования алмаза под действием электрического поля в мантии Земли

Алмаз, благодаря сочетанию уникальных свойств, продолжает привлекать внимание исследователей. Эти природные кристаллы добывают с древнейших времен, а их «синтетическая» история началась с середины 50-х годов прошлого века. Комплексные исследования природных и синтезированных алмазов формируют представления об условиях образования и создают основу для их широкого использования в новых областях науки и техники.

«Наша лаборатория проводит исследования по экспериментальной минералогии алмаза, используя оригинальную беспрессовую аппаратуру высокого давления «разрезная сфера» (БАРС). Направления исследований лаборатории связаны с моделированием природного алмазообразования и выращиванием его кристаллов со специальными свойствами для высокотехнологических применений», — рассказывает Юрий Пальянов, руководитель проекта по гранту РНФ, доктор геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией экспериментальной минералогии и кристаллогенезиса Института геологии и минералогии имени В. С. Соболева СО РАН (Новосибирск).

По современным представлениям существование электрических полей в глубинных зонах Земли считается общепризнанным, но влияние таких полей на минералообразующие процессы в мантии пока не изучено. Карбонаты обнаружены в качестве включений в природных алмазах и представляют собой наиболее вероятную алмазообразующую среду, которая в условиях мантии Земли характеризуется высокой электропроводностью.

«Эти обстоятельства натолкнули нас на мысль о возможном влиянии электрического поля на мантийные процессы. Для экспериментальных исследований мы разработали специальную электрохимическую ячейку, позволяющую в условиях высоких температур и давлений воздействовать на вещество электрическим полем», — комментирует Юрий Пальянов.

Ученые из ИГМ СО РАН впервые предложили и экспериментально обосновали модель образования алмаза в условиях мантии Земли при воздействии электрического поля на карбонатные и карбонатно-силикатные расплавы, соответствующие по составу природным алмазообразующим средам. В работе установлено, что за счет разности потенциалов (0,4-1 вольт, что втрое меньше, чем у пальчиковой батарейки) происходит экстракция углерода из карбонатов и кристаллизация алмаза на катоде (отрицательно заряженном электроде) в ассоциации с мантийными минералами. В изученном процессе карбонаты являются главными компонентами среды кристаллизации алмаза и единственным источником углерода. Это подтвердили высокоточные исследования изотопного состава углерода карбонатов и образующихся из них алмазов, которые проведены в Немецком исследовательском центре наук о Земле в Постдаме.

«Полученные результаты ясно демонстрируют, что электрические поля могут значимо влиять на мантийные минералообразующие процессы, изотопное фракционирование углерода и глобальный углеродный цикл, — подводит итог Юрий Пальянов. — Оригинальная методика и первые экспериментальные данные открывают перспективы дальнейших исследований в минералогии, петрологии и геохимии мантии Земли под действием электрических полей, а также представляют интерес для разработки новых способов получения алмазов со специальными свойствами и других углеродных материалов».

Что является источником электростатического поля?

Это элементарная школьная задача. Данный ответ следует рассматривать в качестве учебного пособия по определению средней скорости Vcp. Для ее вычисления необходимо весь путь S разделить на общее время t, затраченное на преодоление дистанции.

Vcp = S/t.

Тогда время, затраченное на перемещение 1/4 части пути со скоростью 60 км/ч, составляет

t1= S/(4*60),

а на перемещение 1/4 части пути со скоростью 80 км/ч –

t2= S/(4*80).

Общее время преодоления пути

t=3*S/(4*60) +S/(4*80) =300*S/(4*4800).

Тогда

Vcp = S/(300*S/(4*4800)) =4*4800/300 = 64 (км/ч).

Обычно в большинстве общеобразовательных школах физика начинается в седьмом классе и по одиннадцатый класс. Но бывает, что физика начинается и с пятого класса. К примеру, по крайней мере существуют учебники физики 5-6 классы.

В классической механике свойства волны описываются только относительно пространства в конкретный момент времени (t=const), т.е. в системе координат (как синусоида), поскольку она распространяется в НЕОДНОРОДНОЙ среде, имеющую разную плотность. И масса этой «плотности» тут не играет значения. Так, частота волны f=V/L, где L — длина волны, V — ее фазовая скорость. В свою очередь длина волны L = VT, где T — период колебаний волны. Отсюда видим, что частота механической волны не зависит от размера частиц, составляющих массу среды, в которой распространяется эта волна.

В квантовой же физике частица создаёт волну, а значит частота волны (де Бройля) связана с энергией этой частицы. В свою очередь энергия связана с массой частицы. Тогда частота такой волны ν=E/h, где h — постоянная Планка и E=mc2, где m — масса частицы.

Здесь надо различать скорость движения собственно заряженных частиц, и скорость электрического тока. Сами частицы движутся довольно медленно, при переменном токе они движутся даже в разные стороны, т. е. в итоге, упрощенно, вообще никуда не передвигаются. Но вот сила, заставляющая эти частицы двигаться, распространяется по проводам именно со скоростью света (тоже упрощенно) — 300 тыс. км/с.

Представить себе это можно на простом примере: допустим, вы дуете в трубу, и из нее начинает выходить воздух. Своим дыханием вы увеличиваете давление в трубе, и частицы воздуха начинают двигаться почти одновременно по всей трубе. Но вот сами частицы из того участка трубы, в который вы начали дуть, дойдут до конца трубы далеко не сразу. Так же и с электричеством, только в трубе — разность давлений, а для провода — разность потенциалов. И скорости сильно отличаются, конечно.

Сопротивление тоже можно себе представить на том же примере — пусть труба будет не гладкая, а с пористым материалом внутри, например. Тогда усилий для продувки через нее воздуха нужно будет намного больше.

У черной дыры нет обратной стороны. Черная дыра это сфера в центре которой находится сингулярность — бесконечно плотная материя сжатая в одну точку. Сингулярность окружена пустым пространством, а оболочка черной дыры(сферы)- горизонт событий(бесконечная кривизна пространства-времени), линия невозврата. Грубо говоря объект уходя за горизонт событий уже никак не сможет от туда выбраться. Даже свет не может вернуться из за горизонта событий, потому то и дыра — черная! При попадании в черную дыру и пройдя горизонт событий тело улетает в центр, к сингулярности, где оно будет уничтожено и сплюснуто в эту же сингулярность за счет огромной гравитации. Вот, я схему нарисовал, как устроена черная дыра =)

Тест «Электростатика»

Тест по теме « Электростатика»

Вариант 1.

1.Источником электрического поля является:

а) заряд б) частица в) молекула г) материя

2.В изолированной системе алгебраическая сумма зарядов

а) убывает б) возрастает в) остается неизменной г) изменяется

3. Как изменится сила взаимодействия двух точечных зарядов, если расстояние между ними увеличить в 2 раза?

а) увеличится в 2 раза б) уменьшится в 2 раза

в) увеличится в 4 раза г) уменьшится в 4 раза

4. Отношение силы, действующий на заряд со стороны электрического поля, к величине этого заряда называется

а) напряжением б) напряженностью в) работой г) электроемкостью

5.Вещества, содержащие свободные заряды, называются

а) диэлектрики б) полупроводники

в) проводники г) таких веществ не существует

6.Как изменится потенциальная энергия электрического поля, если увеличить заряд в 3 раза?

а) увеличится в 3 раза б) уменьшится в 3 раза

в) уменьшится в 6 раз г) увеличится в 6 раз

7.Какая величина является энергетической характеристикой электрического поля?

а) напряженность б) потенциал в) энергия г) сила

8.Какая сила действует на заряд 10нКл, помещенный в точку, в которой напряженность электрического поля равна 3кН/Кл?

 

а) 3∙10-5Н б) 3∙10-11Н в) 3∙1011Н г) 3∙105Н

 

9.Как изменится электроемкость конденсатора, если увеличить заряд в 4 раза?

а) увеличится в 2 раза б) останется неизменной

в) уменьшится в 2 раза г) увеличится в 4 раза

10. Как изменится энергия конденсатора, если заряд увеличить в 3 раза, а электроемкость останется прежней?

а) уменьшится в 3 раза б) увеличится в 3 раза

в) увеличится в 9 раз г) уменьшится в 9 раз

Тест по теме « Электростатика»

Вариант 2.

1.Частицы, имеющие одноименные заряды

а) отталкиваются б) притягиваются

в) не взаимодействуют г) остаются неподвижными

2.Как называется сила, с которой взаимодействуют заряды?

а) кулоновская б) гравитационная в) притяжения г) отталкивания

3.Как изменится сила взаимодействия двух точечных зарядов при увеличении каждого из них в 2 раза?

а) увеличится в 2раза б) уменьшится в 2 раза

в) увеличится в 4 раза г) уменьшится в 4 раза

 

4.Как направлен вектор напряженности?

а) от «-» к « +» б) от «+» к «-» в) произвольно г) не имеет направления

5.В Кулонах измеряется

а) заряд б) напряженность в) напряжение г) сила, действующая на заряд

6.Какая величина является энергетической характеристикой электрического поля

а) заряд б) электроемкость

в) напряженность г) напряжение

7.При перемещении электрического заряда q между точками с разностью потенциалов 8В силы, действующие на заряд со стороны электрического поля, совершили работу 4Дж. Чему равен заряд q ?

а) 0,5Кл б) 2Кл в) 4Кл г) 0,2Кл

8.Чему равна электроемкость конденсатора, если напряжение между обкладками равно 2В, а заряд на одной обкладке равен 2Кл

а) 4Ф б) 0.5Ф в)1Ф г) 2Ф

9. Отрицательный заряд имеют

а) протоны б) электроны в) нейтроны г) позитроны

10. Энергия конденсатора емкостью 6пФ и напряжением между обкладками 1000В равна

а) 6∙ 106 Дж б) 3∙ 106 Дж в) 6∙ 10 -6Дж г) 3∙ 10-6 Дж

Тест по теме « Электростатика»

Вариант 3.

Частицы, имеющие противоположные заряды

    а) отталкиваются б) притягиваются

    в) не взаимодействуют г) остаются неподвижными

    2.Единица измерения заряда

    а) Кулон б) Вольт в) Ватт г) Фарад

    3.Вектор напряженности направлен

    а) от «+» к «-» б) от «-» к «+» в) произвольно г) не имеет направления

    4.Как изменится сила взаимодействия двух точечных зарядов при увеличении каждого из них в 3 раза?

    а) увеличится в 3раза б) уменьшится в 3 раза

    в) увеличится в 9 раза г) уменьшится в 9 раза

     

    5. В некоторой точке поля на заряд 5нКл действует сила 0, 2мкН. Чему равна напряженность поля в этой точке?

     

    а) 40 Н/Кл б) 400 Н/Кл в) 4 Н/Кл г) 0,4 Н/Кл

    6.Способность проводника накапливать заряд называется

    а)энергией б) напряжением в) напряженностью г)электроемкостью

    7.Какая величина является силовой характеристикой электрического поля?

    а) напряжение б) напряженность в) сила г) электроемкость

    8.Зависит ли емкость конденсатора от его геометрических размеров?

    а) нет б) зависит только от материала, из которого изготовлен конденсатор

    в) да г) зависит только от слоя диэлектрика между обкладками

    9. При перемещении электрического заряда q между точками с разностью потенциалов 4В силы, действующие на заряд со стороны электрического поля, совершили работу 8Дж. Чему равен заряд q ?

    а) 0,5Кл б) 2Кл в) 4Кл г) 0,2Кл

    10. Как изменится энергия электрического поля в конденсаторе, если его заряд уменьшить в 2 раза, а электроемкость останется прежней?

    а) увеличится в 4 раза б) уменьшится в 2 раза

    в) увеличится в 2 раза г) уменьшится в 4 раза

    Тест по теме « Электростатика»

    Вариант 4.

    1. Как называется сила, с которой взаимодействуют заряды?

    а) кулоновские б) гравитационные в) притяжения г) отталкивания.

    2.Главное свойство любого электрического поля

    а) невидимость б) действие на электрический заряд

    в) действие на тела г) соединяет заряды

    3.Как изменится сила взаимодействия двух точечных зарядов при уменьшении расстояния между ними в 3 раза?

    а) увеличится в 3раза б) уменьшится в 3 раза

    в) увеличится в 9 раза г) уменьшится в 9 раз

     

    4.Величина, равная называется

    а) напряжением б) энергией в) работой г) напряженностью

    5.Отношение работы поля при перемещении заряда из начальной точки в конечную к величине этого заряда называется

    а) напряжением б) энергией поля в) силой поля г) напряженностью

    6. Электроемкость измеряется в

    а) Вольтах б) Фарадах в) Джоулях г) Кулонах

    7. При перемещении электрического заряда q между точками с разностью потенциалов 8В силы, действующие на заряд со стороны электрического поля, совершили работу 16Дж. Чему равен заряд q?

    а) 0,5Кл б) 2Кл в) 4Кл г) 0,2Кл

    8. Энергия конденсатора емкостью 8пФ и напряжением между обкладками 1000В равна

    а) 8∙ 106 Дж б) 4∙ 106 Дж в) 4∙ 10 -6Дж г) 8∙ 10-6 Дж

    9. Силовой характеристикой электрического поля является:

    а) сила б) напряжение

    в) электроемкость г) напряженность

    10. При перемещении электрического заряда q между точками с разностью потенциалов 5В силы, действующие на заряд со стороны электрического поля, совершили работу 4Дж. Чему равен заряд q?

    а) 0,8Кл б) 1,25Кл в) 20Кл г)1Кл

    Электростатическое поле — обзор

    27.4 Форма капли

    Влияние электростатического поля на форму капли — хорошо известное явление, растягивающее каплю вдоль направления поля, как показано на рисунке 27.6. В 1882 году лорд Рэлей первым начал исследование взаимодействия зарядов и электрических полей на каплях жидкости. Он теоретически вывел критическое количество зарядов, необходимое для дестабилизации изолированной сферической капли с поверхностным зарядом. Его работа вдохновила начало электрогидродинамики (Melcher and Taylor, 1969).

    За последние три десятилетия форма и устойчивость сидячих капель под действием электрических полей анализировались во многих работах. Розенкильде (1969) исследовал равновесие и устойчивость несжимаемой диэлектрической капли, находящейся в однородном электрическом поле. Предполагая, что капля эллипсоидальная, он предложил связь между равновесной деформацией, напряженностью электрического поля, размерами капли и поверхностным натяжением. Причина нестабильности высоких диэлектрических проницаемостей жидкости также была указана (Розенкильде, 1969).

    Миксис (1981) предложил численную модель для расчета формы осесимметричной капли под действием постоянного электрического поля, что дает хорошее согласие с экспериментами. Его результаты показывают критическое значение диэлектрической проницаемости, при котором капли удлиняются и сохраняют свою первоначальную сфероидальную форму. Выше этого критического значения капля приобрела коническую форму.

    В своих численных работах Basaran и Wohlhuter (Wohlhuter and Basaran, 1992; Basaran and Wohlhuter, 1992) рассчитали форму и устойчивость осесимметричного кулона и сидячих капель или пузырьков с учетом того, что линия контакта фиксирована или задана.Их первые расчеты основывались на предположении, что проводящие капли являются линейно поляризуемыми материалами (Wohlhuter and Basaran, 1992). Равновесная форма и устойчивость капель определяются одновременным решением уравнений Лапласа и Юнга – Лапласа. Исследование, учитывающее нелинейную поляризацию капель, было выполнено путем замены уравнения Максвелла уравнением Лапласа (Basaran and Wohlhuter, 1992). Их расчеты показали важность изменения расстояния между пластинами конденсатора, которое влияет на напряженность электрического поля и размер капли.

    Резник и др. (2004) выделили три сценария эволюции формы капли в сильных электрических полях, определяемых значениями электрического числа Бонда и основанных на численном решении уравнений Стокса. В слабом электрическом поле капли подвергаются максвелловским напряжениям и имеют стационарную форму. В сильных электрических полях и при малых статических углах смачивания капли приобретают коническую форму, и струя начинается с кончика капли. Окончательный сценарий соответствует отрыву почти всей капли (т.е., явление капания), которое возникает из-за сильного электрического поля и угла смачивания, превышающего критическое значение. Численная модель хорошо согласуется с экспериментальными результатами для капель полимера (Reznik et al., 2004).

    Bateni et al. (2004; 2005a, b) основывали свою методологию ADSA-EF на предположении об осесимметричной форме капли. ADSA-EF можно использовать для измерения поверхностного натяжения капли в электрическом поле с гравитационным эффектом и без него. Из уравнения Юнга – Лапласа, описываемого формулой.В формуле (27.2) они рассмотрели электрическое давление Δ P e , которое зависит от диэлектрической проницаемости жидкостей, силы и направления электрического поля, следующим образом:

    (27.11) ΔPe = 12 [ε0En (g ) 2 − ε0 (εr − 1) Et2]

    где E t и E n — соответственно тангенциальная и нормальная составляющие электрического поля на поверхности капли, а надстрочные индексы l и g относятся к капельной жидкости и окружающей жидкости, рассматриваемой как воздух, соответственно.Когда капля представляет собой проводящую жидкость, внутри нее отсутствует электрическое поле, и уравнение Юнга – Лапласа упрощается как

    (27.12) γ (1R1−1R2) = ΔP0 + (Δρ) gz + 12ε0En (g) 2

    Из уравнения. (27.12) и модуль электростатического поля, они численно предсказали форму капли с помощью итерационной схемы, как показано на рисунке 27.5.

    Рисунок 27.5. Прогнозирование формы капли с помощью итерационных расчетов (Bateni et al., 2004).

    Di Marco et al. (2013) оценили электрическую силу, действующую на поверхность раздела сидячей капли этанола, и сравнили экспериментальные результаты с теоретической моделью, основанной на равновесном действии сидящей капли с учетом электрического поля и силы тяжести.Экспериментальная установка состоит из плоской алюминиевой пластины, снабженной отверстием для впрыска капель. Пластина электрически заземлена и покрыта слоем тефлона. Электрод из нержавеющей стали в форме шайбы размером 4 мм × 15 мм укладывают параллельно пластине на расстоянии 6 мм и подключают к положительному полюсу источника высокого напряжения, который может обеспечивать до 8 кВ постоянного тока. Результирующее электрическое поле в резонаторе имеет среднюю напряженность 13,3 · 10 3 В · см −1 . Форма полученных капель показана на рисунке 27.6. Капли, подвергнутые воздействию электрического поля, вытянуты в направлении электрического поля из-за изменения кривизны границы раздела под локальным электрическим напряжением, как сообщалось ранее. Краевой угол и кривизна на вершине капли увеличиваются с увеличением напряженности электрического поля.

    Рисунок 27.6. Форма капли этанола для разной напряженности электрического поля (Di Marco et al., 2013).

    Профиль капель и их геометрические параметры (угол смачивания, размеры капли и объем) обрабатываются специальным программным обеспечением для обработки изображений, которое может идентифицировать и интерполировать профиль капли.Эти измерения позволяют оценить результирующие силы, действующие на каплю из-за веса, адгезии и внутреннего давления. В отсутствие электрического поля экспериментальные значения силы, действующей на каплю, хорошо согласуются с теоретическими предсказаниями, и это подтвердило метод. Следовательно, в присутствии электрического поля результирующую электрическую силу, действующую на каплю, можно оценить по разнице и сравнить с теоретическими моделями.

    Статическое электрическое поле (0 Гц)

    Характеристики поля и его использование

    Статические электрические поля — это постоянные поля, которые не меняют свою интенсивность или направление с течением времени, в отличие от переменных полей низкой и высокой частоты.Следовательно, статические электрические поля имеют частоту 0 Гц. Они действуют на заряды или заряженные частицы.

    Сила статического электрического поля выражается в вольтах на метр (В / м). Сила естественного электрического поля в атмосфере колеблется от примерно 100 В / м в хорошую погоду до нескольких тысяч В / м под грозовыми облаками. Другими источниками статических электрических полей являются разделение зарядов в результате трения или статических электрических токов от различных технологий. В домашних условиях зарядовые потенциалы в несколько киловольт могут накапливаться при ходьбе по непроводящему ковру, создавая локальные поля до 500 кВ / м.Линии электропередачи постоянного тока высокого напряжения могут создавать статические электрические поля до 20 кВ / м и более. Внутри электропоездов постоянного тока могут быть статические электрические поля до 300 В / м.

    Воздействие статических электрических полей на тело и последствия для здоровья

    Статические электрические поля не проникают в тело человека из-за его высокой проводимости. Электрическое поле индуцирует поверхностный электрический заряд, который, если он достаточно велик, может быть воспринят через его взаимодействие с волосами на теле и посредством других явлений, таких как искровые разряды (микрошоки).Порог восприятия у людей зависит от различных факторов и может составлять от 10 до 45 кВ / м. Кроме того, очень сильные электрические поля, например, от линий HVDC, могут заряжать частицы в воздухе, в том числе загрязненные. Была выдвинута гипотеза, что заряженные частицы могут лучше поглощаться легкими, чем незаряженные, и, таким образом, повышать подверженность людей загрязнению воздуха. Однако современные знания показывают, что повышенный риск для здоровья от такого заряда частиц очень маловероятен.

    В целом, ограниченное количество лабораторных исследований на животных и людях, в которых изучались эффекты воздействия статических электрических полей, не предоставило доказательств неблагоприятного воздействия на здоровье.

    Защита

    Единственно установленный эффект для здоровья — это возможный стресс в результате длительного воздействия микрошоков. Национальные органы власти могут внедрять программы, которые защищают как население, так и рабочих от любого нежелательного воздействия статического электричества и которые избегают дискомфорта от электрического разряда в тканях тела.

    Глоссарий: электрическое поле

    ABC — DEF — GHI — JKL — MNO — PQRS — TUV — WXYZ

    Языки: Deutsch [de] English [en] Español [es] Français [fr]

    Electric field

    Определение:

    Электрическое поле — это невидимое силовое поле, созданное притяжением и отталкивание электрических зарядов (причина электрического потока) и измеряется в Вольт на метр (В / м).

    Напряженность электрического поля уменьшается с удалением от поля. источник.

    Статическое электрическое поле (также называемое электростатическим полем) — это электрическое поле, не меняющееся во времени (частота 0 Гц). Статический электрический поля создаются электрическими зарядами, которые фиксируются в пространстве. Они есть отличается от полей, которые меняются со временем, например, электромагнитных полей генерируется приборами, работающими на переменном токе (AC), или сотовыми телефонами и т. д.

    Источник: GreenFacts

    Больше:

    Когда прикроватная лампа включена в розетку, т.е. подключена к электросети через розетку остается только электрическое поле. Электрическое поле может быть по сравнению с давлением внутри шланга, когда он подключен к воде система подачи и кран закрыт. Электрическое поле связано с напряжением единицей измерения является Вольт.Он возникает из-за наличия электрических зарядов и измеряется в вольтах на метр (В / м). Чем больше питание прибора, тем больше напряженность возникающего электрического поля.

    Когда лампа включена, т.е. когда ток проходит через кабель питания, есть как электрическое, так и магнитное поле. В магнитное поле возникает в результате прохождения тока (т. е. движения электроны) через электрический провод.В примере со шлангом магнитное поле соответствовало бы прохождению воды по трубе. В единицей магнитной индукции поля является тесла (Тл). Однако магнитный обычно измеряемые поля находятся в диапазоне микротесла (мкТл) то есть одна миллионная Tesla. Еще одна единица измерения, которая иногда используется, — это Гаусс (G). Один гаусс эквивалентен 100 микротесла.

    В выключенном состоянии (слева): электрическое поле

    При включении (справа): электрическое и магнитное поле


    Источник: BBEMG Электрическое поле и магнитное поле

    Перевод (и):

    Deutsch: Elektrisches Feld
    Español: Campo eléctrico
    Français: Champ électrique

    ABC — DEF — GHI — JKL — MNO — PQRS 9001 — WXYZ 9000 Electiversity 9000

    Мы называем поле статическим полем, если оно явно не меняется со временем.Электрические поля, обусловленные статическим или стационарным распределением заряда, являются электростатическими полями. Например, если где-то в пространстве зафиксирован заряд, он создает электростатическое поле. И когда он движется, он создает электродинамическое поле (распределение заряда явно меняется со временем). Но когда у меня есть статический ток зарядов в проводе, он создает электростатическое поле (и позже будет видно, что движущиеся заряды тоже создают магнитное поле), потому что, хотя заряды движутся, распределение зарядов в пространстве не меняется с время, поскольку у нас есть фиксированный ток.

    Не следует путать идею статического поля, она всегда одинакова. Иногда в электростатике мы сталкиваемся с проблемами, когда распределение зарядов действительно меняется, но мы хотим изучить последнюю тему, когда все статично (например, когда мы помещаем небольшой заряд рядом с проводящей поверхностью, он создает индуцированные заряды на проводящей поверхности и, таким образом, изменяется распределение заряда; но при изучении электростатики нас волнует, какое будет окончательное распределение заряда или поле, а не то, что происходило, когда распределение заряда изменялось).

    Электрическая сила, действующая на заряженный объект, может быть истолкована как вызванная некоторым свойством пространства, в котором этот объект расположен. То свойство пространства, которое приводит к возникновению сил над электростатическими зарядами, называется электрическим полем и обозначается E

    В математических терминах электрическое поле можно точно определить следующим образом: в любой точке пространства электрическое поле представляет собой вектор E → {\ displaystyle {\ vec {E}}}, полученный делением силы F → { \ displaystyle {\ vec {F}}} действует на точечный заряд q0 {\ displaystyle q_ {0}}, помещенный в эту точку, сверх значения заряда:

    E → = F → q0 {\ displaystyle {\ vec {E}} = {\ frac {\ vec {F}} {q_ {0}}}}

    с

    E → {\ displaystyle {\ vec {E}}} Векторное электрическое поле
    F {\ displaystyle F} Электрическая сила
    q0 {\ displaystyle q_ {0}} Точечный заряд

    Источником электрического поля могут быть другие электростатические заряды или переменное магнитное поле.Если поле создается статическим распределением электрического заряда, оно называется электростатическим полем. В этом случае можно показать, что это консервативное поле; а именно, интеграл по путям поля между двумя точками не зависит от пути. Как следствие, можно определить потенциальную функцию: потенциал в любой точке пространства (x, y, z) {\ displaystyle (x, y, z)} равен интегралу по путям электростатического поля от произвольная контрольная точка P0 {\ displaystyle P_ {0}} до точки (x, y, z) {\ displaystyle (x, y, z)}.{(x, y, z)} {\ vec {E}} \ cdot d {\ vec {l}}}

    Таким образом, электростатический потенциал (также известный как напряжение) является скалярным полем, и можно доказать, что градиент этого скалярного поля равен минус электростатическому полю:

    E → = −∇ → V {\ displaystyle {\ vec {E}} = — {\ vec {\ nabla}} V}

    Физика 125 Лекция 11

    Физика 125 Лекция 11

    © Тимоти Э. Чупп, 1995 г.

    Все силы природы возникают из-за источников: масса для гравитационной силы, электрический заряд для электрической силы, цветового заряда и слабый заряд.Фактически мы также определим магнитные полюса (Северный и Юг) как источник магнитных полей. Для гравитационных и электрического поля, мы записали уравнения для силы на один объект из-за другого, так называемые законы двух телесных сил. Эти двое законы телесных сил полезны, только если есть ТОЛЬКО два тела заметных заряд или масса в том же районе, а все другие объекты далеки далеко или имеют незначительный заряд или массу. Это, конечно, нечасто дело. Для объектов, находящихся у поверхности земли, два тела Закон силы должен быть изменен, чтобы учесть несферическую Землю.Для Например, в современных экспериментах Кавендиша гравитационная сила на маятниковом бобе измеряли по мере наполнения и опорожнения резервуара. Точные результаты были возможны только после того, как форма резервуара был точно нанесен на карту, и все «гравитационные» аномалии были учтены учетная запись.

    В случаях, когда закон двух телесных сил неприменим, все еще правильно, чтобы найти чистую силу, действующую на объект, путем нахождения вектора сумма всех сил двух отдельных тел, действующих на объект.Для гравитации это было бы

    В этом выражении каждый член суммы представляет собой двухчастную силу вида

    Общими для каждого члена являются постоянная G и масса. Поэтому мы можем перепишите чистую силу как произведение и другого вектора величина, которую мы называем гравитационным полем в положении объекта .

    Это больше, чем проявление ассоциативного закона умножения. применяется с векторами. Он определяет очень полезную физическую величину, поле силы тяжести.Мы думаем о поле как о собственности каждой точки в пространстве из-за влияний всех объектов во Вселенной. Часто бывает полезно знать только поле в точке, на самом деле мы привыкли думать о гравитационном поле у ​​поверхности земли:.

    На самом деле понятие поля не ново, скорее его полезность пронизывает физику. Поле — это функция положения и гравитационного или электрического поля в позиции. (или точка) сообщает нам силу, действующую на массу м или заряд q в этой точке.:

    является функцией положения и определяется выражением

    В Анн-Арборе, имеет магнитуду около 9,8 Н / кг и направлена ​​вниз.

    Рассмотрим это: распределение масс,,. Теперь сила на массе м , скажем, в происхождении, является

    Определим гравитационное поле в положении массы м как

    Это поле в этой точке пространства, умноженное на массу в этой точке действует сила, действующая на эту массу.Такой закон силы является существенной особенностью любого физического поля. Обратите внимание, что это поле векторное количество. Иногда мы говорим, что гравитационное поле — это сила на единицу масса. Единицы гравитационного поля и электрического поля есть.

    11.1.1 Тестовые массы и заряды

    Полезно, если абстрактным понятием является испытательная масса или испытательный заряд. Это прибор физика наиболее полезен для определения направления гравитационного или электрического поля на точка в пространстве.Испытательная масса или заряд — это бесконечно малая масса или положительный заряд, настолько малый что он не влияет на распределение массы или заряда (путем приложения сил к другому массы и заряды):

    Линии поля показывают направление электрического поля. в какой-то момент. Направление поля — это касательная к силовой линии в точке представляет интерес. Также поверхностная плотность силовых линий (количество на единицу площади), представляет собой силу поле. То есть, когда силовые линии сходятся, поле становится сильнее.Там, где они расходятся, поле становится слабее. Схема силовых линий электрического поля для пары положительных и отрицательных зарядов, называется электрический диполь, указывающий вдоль Показано. Как видно из обсуждения выше, силовые линии направлены вдоль для позиций по оси x и вдоль для позиций по оси y .

    Рассмотрим также силовые линии электрического поля точечного заряда. Они всегда направлены радиально от положительного заряда радиально к отрицательному.Силовые линии расходятся по мере удаления от заряда, указывающего на ослабление поля. Фактически, плотность силовые линии убывают как площадь поверхности сферы, т. е. как. Как и ожидалось, наша интерпретация силовых линий обеспечивает электрическое поле от точечного заряда до быть пропорциональным.

    Следует помнить следующие правила:
    1. Силовые линии гравитационного поля начинаются с масс и заканчиваются на. Линии электрического поля начинаются с положительных зарядов и заканчиваются отрицательными зарядами (или у).
    2. Поверхностная плотность силовых линий пропорциональна напряженности поля.
    3. Линии поля не пересекаются (поле никогда не бывает бесконечным)

    Вторая важная особенность физического поля — это представление с помощью силовых линий. (Первой важной особенностью является наличие закона силы.)

    Мы видели, что законы обратных квадратов для гравитационного и электрические поля аналогичны напряженности или поверхностной плотности Световая энергия. Какова плотность этих полей? Они есть плотность сохраняющейся величины, называемая полным потоком.Поток — это скаляр , (, т. Е. Не векторная величина , которая описывает общий поток что-то (жидкость, энергия или электрическое поле) сквозь поверхность. Мы находим этот термин в потоке жидкости, учет поток энергии (в частности, излучение), а также в электричестве и магнетизме. Термин «поток» предполагает поток и поток предполагает вектор. Вообще интересная векторная величина выражается как количество на единицу площади. Фактически, наше использование электрического поля линий согласуется с электрическим полем, пропорциональным количеству полей линий на единицу площади.Поток — это общий поток, проходящий через поверхность.

    Я начинаю с демонстрации потока, сначала с потока жидкости. Легко увидеть что поток жидкости имеет связанный с ним вектор. Он указывает в направлении скорости жидкости (). Связанная с этим векторная величина

    где — плотность жидкости. Это описывает массовый расход в секунду. на единицу площади. Фактически в науке о потоках жидкости это называется поле массового расхода, векторное поле, которое обеспечивает скорость массового расхода на единицу площади в каждой точке Космос.Представьте себе, если хотите, поток из пожарного шланга. Если полное сечение водного потока больше, чем ваша площадь поперечного сечения, из шланга потечет больше воды, чем из шланга. ты. Но я полагаю, что вас прежде всего интересует скорость, с которой вода попадает в вас. Это зависит от массового расхода на единицу площади и площади, на которую вода попадает на вас. Если вода ударяет вас под углом, вы не почувствуете столько, то есть вы не впитаете столько энергии, и вы, вероятно, почувствуете себя лучше во всем этом.Вам следует заботиться о потоке, общей скорости, с которой вы поглощаете энергию. Поток определяется как

    где интеграл представляет собой интеграл поверхности по интересующей области. Подынтегральное выражение скаляр, заданный скалярным произведением векторного поля и элемента площади поверхности. Этот элемент площади поверхности должен иметь направление (это вектор!). Направление перпендикулярно поверхности, направлено наружу. Я нахожу это положив руку ладонью внутрь на интересующую поверхность пальцем от другая рука указывает перпендикулярно.Я демонстрирую поток, показывая поток воды через поверхность .

    Второй пример протекающей величины — энергия, переносимая светом при его распространении. Это я демонстрирую с потоком света через поверхность . Векторная величина (называемая Пойнтингом вектор), который количественно определяет мощность на единицу площади (энергия в единицу времени на единицу площади) называется интенсивностью. Энергия, проходящая через поверхность некоторой площади (или поглощаемая ею), называется потоком:

    Аналогично определяются поток гравитационного и электрического поля: поток равен

    Хотя нет скорости или потока связанный с и, это вектор и один пропорциональный чему-то на единицу площадь.Это что-то и есть поток, и мы думаем о величине поля как плотность потока. Третья важная особенность физического поля в том, что его величина — это плотность потока.

    Скалярное произведение в подынтегральном выражении определения потока означает, что поток зависит от составляющей параллельной элементу площади поверхности. Если такой составляющей нет, то есть если она параллельна поверхности, поток равен нулю. Для поверхности, над которой постоянно (как в величина и направление) поток можно записать:

    где угол между и.Обратите внимание, что может быть отрицательный, когда и указывают в противоположных направлениях.

    В следующем абзаце мы сформулируем закон Гаусса. Однако обратите внимание на следующее: для замкнутой поверхности полный поток в объем, ограниченный поверхность должна равняться этому, если нет источника или стока массового расхода, лучистой энергии или электрическое поле внутри поверхности. В случае отсутствия такого источника или поглотителя это легко чтобы увидеть, что общий поток в объем должен равняться выходному потоку, который может быть демонстрируется нулевым потоком воды и света для замкнутого объема .

    11.3.1 Закон Гаусса

    Закон Гаусса дает количественную оценку наблюдению, касающемуся потока из замкнутой поверхности для гравитационные и электрические поля. (Также существует версия для магнитных полей.) Мы используем наши знания о том, что источники электрических полей — это положительные заряды. а стоки — это отрицательные заряды. Закон Гаусса гласит:

    Здесь M — общая масса, а Q — общий заряд, содержащийся в объеме.

    Закон Гаусса очень глубок и часто очень полезен для вычисления поле из-за определенного особого распределения масс или заряда.Один из лучший пример — сферически-симметричное распределение. Гаусса закон говорит нам, что гравитационное поле зависит только от полной массы заключен в воображаемую сферу, в которой находится интересующий объект. Это означает, что гравитационное поле в центре сферической массы (без учета всех остальных масс Вселенной) равно 0. Это легко продемонстрировать. отмечая, что все части сферы тянутся в разных направлениях, поэтому как отменить друг друга. В позиции в массивной сфере, но не в его центре, не так легко увидеть, как вся масса снаружи мнимой сферы отменяется.Оно делает.

    1. Свойство острия

    2. Закон о силе

    3. Линии поля:
    i.) Начинаются с масс, положительных зарядов и N полюсов; конец на отрицательных зарядах и S полюсах
    ii.) Поверхностная плотность пропорциональна напряженности поля
    iii.) Не пересекайте

    4. Напряженность поля — ПЛОТНОСТЬ ПОТОКА

    5. Закон Гаусса: поток через замкнутую поверхность пропорционален вложенной массе или заряду ZERO для магнитного потока. (без однополюсных)


    Вернуться к физике 125

    Электрическое поле — Энциклопедия Нового Света

    Электромагнетизм
    Электричество · Магнетизм
    Магнитостатика
    Закон Ампера · Электрический ток · Магнитное поле · Магнитный поток · Закон Био – Савара · Магнитный дипольный момент · Закон Гаусса для магнетизма ·
    Электродинамика
    Свободное пространство · Закон силы Лоренца · ЭДС · Электромагнитная индукция · Закон Фарадея · Ток смещения · Уравнения Максвелла · ЭМ поле · Электромагнитное излучение · -Потенциалы Вихерта · Тензор Максвелла · Вихретоковый ·
    Ковариантная формулировка
    Электромагнитный тензор · EM Тензор энергии-напряжения · Четырехтоковый · Четырехпотенциальный ·

    В физике пространство, окружающее электрический заряд, или в присутствии изменяющегося во времени магнитного поля имеет свойство, называемое электрическим полем (которое также можно приравнять к плотности электрического потока ).Это электрическое поле действует на другие электрически заряженные объекты. Понятие электрического поля было введено Майклом Фарадеем.

    Электрическое поле — это векторное поле с единицами СИ — ньютон на кулон (N C -1 ) или, что то же самое, вольт на метр (В · м -1 ). Напряженность поля в данной точке определяется как сила, которая будет приложена к положительному испытательному заряду в +1 кулон, помещенному в эту точку; направление поля определяется направлением этой силы.Электрические поля содержат электрическую энергию с плотностью энергии, пропорциональной квадрату напряженности поля. Электрическое поле заряжается так же, как гравитационное ускорение относится к массе, а плотность силы — к объему.

    Движущийся заряд имеет не только электрическое, но и магнитное поле, и в целом электрическое и магнитное поля не являются полностью отдельными явлениями; то, что один наблюдатель воспринимает как электрическое поле, другой наблюдатель в другой системе отсчета воспринимает как смесь электрического и магнитного полей.По этой причине говорят об «электромагнетизме» или «электромагнитных полях». В квантовой механике возмущения в электромагнитных полях называются фотонами, а энергия фотонов квантуется.

    Определение

    Стационарная заряженная частица в электрическом поле испытывает силу, пропорциональную ее заряду, определяемую уравнением

    F знак равно q [−∇ϕ − ∂A∂t] {\ displaystyle \ mathbf {F} = q [- \ nabla \ phi — {\ frac {\ partial \ mathbf {A}} {\ partial t}} ]}

    где плотность магнитного потока определяется как

    B = ∇ × A {\ displaystyle \ mathbf {B} = \ nabla \ times \ mathbf {A}}

    и где −∇ϕ {\ displaystyle — \ nabla \ phi} — кулоновская сила.(См. Раздел ниже).

    Электрический заряд является характеристикой некоторых субатомных частиц и квантуется, когда выражается как кратное так называемому элементарному заряду e. Электроны по соглашению имеют заряд -1, в то время как протоны имеют противоположный заряд +1. Кварки имеют дробный заряд -1/3 или +2/3. Их эквиваленты-античастицы имеют противоположный заряд. Есть и другие заряженные частицы.

    Обычно заряженные частицы одного знака отталкиваются друг от друга, а заряженные частицы разных знаков притягиваются.Количественно это выражается в законе Кулона, который гласит, что величина отталкивающей силы пропорциональна произведению двух зарядов и ослабевает пропорционально квадрату расстояния.

    Электрический заряд макроскопического объекта — это сумма электрических зарядов составляющих его частиц. Часто чистый электрический заряд равен нулю, поскольку, естественно, количество электронов в каждом атоме равно количеству протонов, поэтому их заряды сокращаются. Ситуации, в которых чистый заряд не равен нулю, часто называют статическим электричеством.Кроме того, даже когда чистый заряд равен нулю, он может быть распределен неравномерно (например, из-за внешнего электрического поля), и тогда материал называется поляризованным, а заряд, связанный с поляризацией, известен как связанный заряд. (в то время как внесенная извне превышенная плата называется бесплатной). Упорядоченное движение заряженных частиц в определенном направлении (в металлах это электроны) известно как электрический ток. Дискретная природа электрического заряда была предложена Майклом Фарадеем в его экспериментах по электролизу, а затем прямо продемонстрирована Робертом Милликеном в его эксперименте с каплей масла.

    Единицей измерения количества электричества или электрического заряда в системе СИ является кулон, который представляет примерно 1,60 × 10 19 элементарных зарядов (заряд одного электрона или протона). Кулон определяется как количество заряда, прошедшего через поперечное сечение электрического проводника, несущего один ампер за одну секунду. Символ Q часто используется для обозначения количества электричества или заряда. Количество электрического заряда можно измерить непосредственно с помощью электрометра или косвенно с помощью баллистического гальванометра.

    Формально мера заряда должна быть кратна элементарному заряду e (заряд квантуется), но поскольку это средняя макроскопическая величина, на много порядков больше, чем один элементарный заряд, она может эффективно принимать любой реальная стоимость. Более того, в некоторых контекстах имеет смысл говорить о долях заряда; например при зарядке конденсатора.

    Если заряженную частицу можно рассматривать как точечный заряд, электрическое поле определяется как сила, которую она испытывает на единицу заряда:

    E = Fq {\ displaystyle \ mathbf {E} = {\ frac {\ mathbf {F}} {q}}}

    где

    F {\ displaystyle \ mathbf {F}} — электрическая сила , , испытываемая частицей
    q — его заряд
    E {\ displaystyle \ mathbf {E}} — электрическое поле, в котором расположена частица.

    В буквальном смысле это уравнение определяет электрическое поле только в тех местах, где присутствуют стационарные заряды.Кроме того, сила, создаваемая другим зарядом q {\ displaystyle q}, изменит распределение источника, что означает, что электрическое поле в присутствии q {\ displaystyle q} отличается от самого себя в отсутствие q {\ displaystyle q}. Однако электрическое поле данного распределения источника остается определенным при отсутствии каких-либо зарядов, с которыми можно взаимодействовать. Это достигается путем измерения силы, прилагаемой к последовательно уменьшающимся пробным зарядам , размещенным вблизи источника распределения.Посредством этого процесса электрическое поле, создаваемое заданным распределением источника, определяется как предел, когда пробный заряд приближается к нулю силы на единицу заряда, приложенной к нему.

    E = limq → 0Fq {\ displaystyle \ mathbf {E} = \ lim _ {q \ to 0} {\ frac {\ mathbf {F}} {q}}}

    Это позволяет электрическому полю быть зависит только от исходного дистрибутива.

    Как ясно из определения, направление электрического поля совпадает с направлением силы, которую оно оказывает на положительно заряженную частицу, и противоположно направлению силы, действующей на отрицательно заряженную частицу.{\ displaystyle \ mathbf {\ hat {r}}} — это единичный вектор, указывающий от частицы с зарядом Q на точку оценки электрического поля,

    ε0 {\ displaystyle \ varepsilon _ {0}} — диэлектрическая проницаемость вакуума.

    Закон Кулона на самом деле является частным случаем закона Гаусса, более фундаментального описания взаимосвязи между распределением электрического заряда в пространстве и результирующим электрическим полем. Закон Гаусса — одно из уравнений Максвелла, набор из четырех законов, управляющих электромагнетизмом.

    Поля, изменяющиеся во времени

    Заряды не только создают электрические поля. При движении они генерируют магнитные поля, а если магнитное поле изменяется, оно генерирует электрические поля. Изменяющееся магнитное поле порождает электрическое поле,

    E = −∇ϕ − ∂A∂t {\ displaystyle \ mathbf {E} = — \ nabla \ phi — {\ frac {\ partial \ mathbf {A}} {\ partial t}}}

    , который дает закон индукции Фарадея,

    ∇ × E = −∂B∂t {\ displaystyle \ nabla \ times \ mathbf {E} = — {\ frac {\ partial \ mathbf {B}} {\ partial t}}}

    где

    ∇ × E {\ displaystyle \ nabla \ times \ mathbf {E}} указывает на завихрение электрического поля,
    −∂B∂t {\ displaystyle — {\ frac {\ partial \ mathbf {B}} {\ partial t}}} представляет векторную скорость уменьшения магнитного поля со временем.

    Это означает, что магнитное поле, изменяющееся во времени, создает искривленное электрическое поле, которое, возможно, также изменяется во времени. Ситуация, в которой электрические или магнитные поля изменяются во времени, уже не электростатика, а скорее электродинамика или электромагнетизм.

    Свойства (в электростатике)

    Иллюстрация электрического поля, окружающего положительный (красный) и отрицательный (зеленый) заряд.

    Согласно уравнению (1) выше, электрическое поле зависит от положения.Электрическое поле из-за любого отдельного заряда спадает как квадрат расстояния от этого заряда.

    Электрические поля подчиняются принципу суперпозиции. Если присутствует более одного заряда, полное электрическое поле в любой точке равно векторной сумме соответствующих электрических полей, которые каждый объект создавал бы в отсутствие других.

    Etotal = ∑iEi = E1 + E2 + E3… {\ displaystyle \ mathbf {E} _ {\ rm {total}} = \ sum _ {i} \ mathbf {E} _ {i} = \ mathbf {E } _ {1} + \ mathbf {E} _ {2} + \ mathbf {E} _ {3} \ ldots \, \!}

    Если этот принцип распространить на бесконечное число бесконечно малых элементов заряда , получается следующая формула:

    E = 14πε0∫ρr2r ^ dV {\ displaystyle \ mathbf {E} = {\ frac {1} {4 \ pi \ varepsilon _ {0}}} \ int {\ frac {\ rho} {r ^ {2 }}} \ mathbf {\ hat {r}} \, \ mathrm {d} V}

    где

    ρ {\ displaystyle \ rho} — плотность заряда или количество заряда на единицу объема.

    Электрическое поле в точке равно отрицательному градиенту электрического потенциала в этой точке. В символах

    E = −∇ϕ {\ displaystyle \ mathbf {E} = — \ nabla \ phi}

    где

    ϕ (x, y, z) {\ displaystyle \ phi (x, y, z)} — скалярное поле, представляющее электрический потенциал в данной точке.

    Если несколько пространственно распределенных зарядов генерируют такой электрический потенциал, например в твердом теле также может быть определен градиент электрического поля.

    Учитывая диэлектрическую проницаемость ε {\ displaystyle \ varepsilon} материала, которая может отличаться от диэлектрической проницаемости свободного пространства ε0 {\ displaystyle \ varepsilon _ {0}}, поле электрического смещения равно:

    D = εE {\ displaystyle \ mathbf {D} = \ varepsilon \ mathbf {E}}

    Энергия в электрическом поле

    Электрическое поле накапливает энергию. Плотность энергии электрического поля определяется выражением

    u = 12ε | E | 2 {\ displaystyle u = {\ frac {1} {2}} \ varepsilon | \ mathbf {E} | ^ {2}}

    где

    ε {\ displaystyle \ varepsilon} — диэлектрическая проницаемость среды, в которой существует поле
    E {\ displaystyle \ mathbf {E}} — вектор электрического поля.{2}}} \ mathbf {\ hat {r}} = m \ mathbf {g}}

    Это предполагает сходство между электрическим полем E {\ displaystyle E} и гравитационное поле g {\ displaystyle g}, поэтому иногда массу называют «гравитационным зарядом».

    Сходства между электростатическими и гравитационными силами:

    1. Оба действуют в вакууме.
    2. Оба они центральные и консервативные.
    3. Оба подчиняются закону обратных квадратов (оба обратно пропорциональны квадрату r).
    4. Оба распространяются с конечной скоростью c.

    Различия между электростатическими и гравитационными силами:

    1. Электростатические силы намного превосходят силы тяжести (примерно в 10 36 раз).
    2. Гравитационные силы притягивают одинаковые заряды, тогда как электростатические силы отталкивают одноименные заряды.
    3. Нет отрицательных гравитационных зарядов (нет отрицательной массы), но есть как положительные, так и отрицательные электрические заряды. Это различие в сочетании с предыдущим подразумевает, что гравитационные силы всегда притягивают, в то время как электростатические силы могут быть либо притягивающими, либо отталкивающими.
    4. Электрический заряд инвариантен, а релятивистская масса — нет.

    См. Также

    Список литературы

    • Гибилиско, Стан. 2005. Демистификация электричества. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN 0071439250.
    • Ефименко, Олег Д. 1989. Электричество и магнетизм: Введение в теорию электрических и магнитных полей. 2-е изд. Звездный городок: Электретный науч. ISBN 0917406087.
    • Паркер, Э.Н. 2007. Беседы об электрических и магнитных полях в космосе. Принстонская серия в астрофизике, 11. Принстон: Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0691128412.
    • Янг, Хью Д. и Роджер А. Фридман. 2003. Физика для ученых и инженеров, , 11-е издание. Сан-Франциско: Пирсон. ISBN 080538684X.

    Внешние ссылки

    Все ссылки получены 18 сентября 2017 г.

    Кредиты

    New World Encyclopedia писатели и редакторы переписали и завершили статью Wikipedia в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников Энциклопедии Нового Света, участников, так и на самоотверженных добровольцев Фонда Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

    История этой статьи с момента ее импорта в New World Encyclopedia :

    Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

    Электрические поля: определение и примеры — видео и стенограмма урока

    Статические электрические поля

    Статические электрические поля или электростатические поля создаются стационарными зарядами и не связаны с магнитными полями. Возможно, вы столкнулись с тем же явлением, когда белье цепляется друг за друга во время извлечения из сушилки. Молния также вызывается очень сильным статическим электрическим полем между облаком и землей.

    Электрическое поле имеет четкое направление и определенную интенсивность в каждой точке поля.Это связано с тем, что сила, действующая на любой конкретный заряд, варьируется по величине и направлению от точки к точке внутри поля. Электрические поля представлены линиями так же, как магнитные поля.

    На этом изображении показаны электрические поля вокруг изолированных положительных и отрицательных зарядов, двух разнородных зарядов (один положительный и один отрицательный) и двух одинаковых зарядов (оба положительных). Стрелки на линиях показывают направление действия электрических сил. Разделение между линиями указывает на напряженность электрического поля.Как и следовало ожидать, чем дальше мы удаляемся от зарядов, тем меньше напряженность электрического поля. Вы также можете видеть, как и в случае с магнитными полями, в отличие от электрических зарядов притягиваются, а подобные заряды отталкиваются друг от друга. Линии электрического поля вокруг положительно заряженной частицы направлены радиально наружу, а линии вокруг отрицательно заряженной частицы — радиально внутрь.

    Сила, с которой два электрических заряда притягиваются или отталкиваются друг от друга, косвенно пропорциональна квадрату расстояния между двумя зарядами.Другими словами, если расстояние между двумя зарядами сокращается вдвое, сила между ними увеличивается в четыре раза. Если расстояние между двумя зарядами увеличивается вдвое, сила между ними составляет одну четверть исходной силы.

    Примером электростатического поля является то, что создается конденсатором с параллельными пластинами. Конденсатор с параллельными пластинами состоит из двух параллельных пластин с одинаковой площадью поверхности, разделенных определенным расстоянием. Объем между пластинами заполнен диэлектрическим материалом.Диэлектрический материал также называется изолятором. В идеальном диэлектрике через материал не протекает ток. Примеры диэлектриков включают стекло, парафин, слюду и кварц.

    Источник постоянного напряжения (DC) подключен к двум проводящим пластинам. Заряд одинаковой и противоположной полярности переносится на поверхности проводников. Из-за приложенной разности напряжений положительный заряд равномерно накапливается на пластине, подключенной к клемме положительного напряжения, а отрицательный заряд равномерно накапливается на пластине, подключенной к клемме отрицательного напряжения.В диэлектрической среде между пластинами заряды создают однородное электрическое поле в направлении от положительных зарядов к отрицательным.

    Динамические электрические поля

    Динамические поля или изменяющиеся во времени поля индуцируются изменяющимися во времени источниками. Изменяющиеся во времени поля используются для создания электромагнитных волн, которые используются в таких вещах, как оборудование для радио- и телевещания, радары, рентгеновские и ультразвуковые аппараты, микроволновые печи, сотовые и беспроводные телефонные системы и беспроводные маршрутизаторы.

    Источники, изменяющиеся во времени, включают электрические токи и плотности заряда. Если ток, связанный с пучком движущихся заряженных частиц, изменяется со временем, то количество заряда, присутствующего в пучке, также изменяется со временем, и наоборот. В этом случае электрическое и магнитное поля связаны друг с другом. Изменяющееся во времени электрическое поле создает изменяющееся во времени магнитное поле, и наоборот. Электрическое поле и магнитное поле всегда перпендикулярны (то есть на 90 градусов друг от друга) друг к другу.Непрерывная генерация электрического и магнитного полей, разнесенных на 90 градусов друг от друга, заставляет волну «путешествовать» во времени и пространстве.

    Примером изменяющегося во времени поля является электрическое (и магнитное) поле, создаваемое монопольной антенной, используемой в радиовещании. Передатчик, который является источником переменного тока (AC), подключен к антенне. Это обеспечивает изменяющийся во времени ток, необходимый для создания изменяющегося во времени магнитного поля, которое, в свою очередь, генерирует изменяющееся во времени электрическое поле.Цикл непрерывный, и антенна запускает электромагнитную волну в воздух.

    Резюме урока

    Электрическое поле — это сила, заполняющая пространство вокруг каждого электрического заряда или группы зарядов. Есть два типа электрических полей: статические (или электростатические) поля и динамические (или изменяющиеся во времени) поля . Электрические поля имеют определенную величину и определенное направление. Величина (или напряженность) электрического поля в любой точке задается уравнением: E = F / q — сила, испытываемая зарядом в этой точке, деленная на заряд.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *