Site Loader

Содержание

формула, в чем измеряется, как найти.

Заряженное тело постоянно передает часть энергии, преобразуя ее в другое состояние, одной из частей которого является электрическое поле. Напряженность – основная составляющая, которая характеризует электрическую часть электромагнитного излучения. Его значение зависит от силы тока и выступает силовой характеристикой. Именно по этой причине высоковольтные провода размещают на большую высоту, чем проводку для меньшего тока.

Электрическое поле

Определение понятия и формула расчета

Вектор напряженности (E) — сила, действующая на бесконечно малый ток в рассматриваемой точке. Формула для определения параметра выглядит следующим образом:

Формула напряженности

Где:

  • F- сила, которая действует на заряд;
  • q –величина заряда.

Заряд, принимающий участие в исследовании, называется пробным. Он должен быть незначительным, чтобы не искажать результаты. При идеальных условиях в роли q выступает позитрон.

Стоит отметить, что величина относительна, ее количественная характеристика и направление зависят от координат и при смещении изменится.

Исходя из закона кулона сила, действующая на тело, равняется произведению потенциалов, деленному на квадрат расстояния между телами.

F=q1*q2/r2

Из этого следует, что напряженность в данной точке пространства прямо пропорциональна потенциалу источника и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. В общем, символическом случае уравнение записывается следующим образом:

E=q/r2

Исходя из уравнения, единица измерения электрического поля – Вольт на метр. Это же обозначение принято системой СИ. Имея значение параметра, можно вычислить силу, которая будет действовать на тело в исследуемой точке, а зная силу — найти напряженность электрического поля.

По формуле видно, что результат абсолютно не зависит от пробного заряда. Это необычно, так как данный параметр присутствует в первоначальном уравнении. Однако это логично, потому что источником является основной, а не пробный излучатель. В реальных условиях данный параметр имеет влияние на измеряемые характеристики и выдает искажение, что обуславливает использование позитрона для идеальных условий.

Так как напряженность – векторная величина, кроме значения она имеет направление. Вектор направлен от основного источника к исследуемому, или от пробного заряда к основному. Это зависит от полярности. Если знаки одинаковые, то происходит отталкивание, вектор направлен к исследуемой точке. Если точки заряжены разнополярно, то источники притягиваются. В этом случае принято считать, что вектор силы направлен от положительного источника к отрицательному.

Вектор напряженности

Вектор напряженности

Единица измерения

В зависимости от контекста и применения в областях электростатики напряженность электрического поля [E] измеряется в двух единицах.  Это могут быть вольт/метр или ньютон/кулон. Причиной такой путаницы представляется получение ее из разных условий, выведение единицы измерений из применяемых формул. В некоторых случаях одна из размерностей используется намерено для предотвращения применения формул, которые работают только для частных случаев. Понятие присутствует в фундаментальных электродинамических законах, поэтому величина является для термодинамики базовой.

Принцип суперпозиции

Источник может принимать различные формы. Описанные выше формулы помогают найти напряженность электрического поля точечного заряда, но источник может представлять собой и другие формы:

  • несколько независимых материальных точек;
  • распределенную прямую или кривую (статор электромагнита, провод и т.д.).

Для точечного заряда нахождение напряженности выглядит следующим образом: E=k*q/r2, где k=9*109

При воздействии на тело нескольких источников напряженность в точке будет равняться векторной сумме потенциалов. При действии распределенного источника вычисляется действующим интегралом по всей области распределения.

Принцип суперпозиции

Характеристика может изменяться во времени в связи с изменением зарядов. Значение остается постоянным только для электростатического поля. Она является одной из основных силовых характеристик, поэтому для однородного поля направление вектора и величина q будут одинаковыми в любых координатах.

С точки зрения термодинамики

Напряженность выступает одним из основных и ключевых характеристик в классической электродинамике. Ее значение, а также данные электрического заряда и магнитной индукции представляются основными характеристиками, зная которые можно определить параметры протекания практически всех электродинамических процессов. Она присутствуют и выполняет важную роль в таких фундаментальных понятиях, как формула силы Лоренца и уравнения Максвелла.

Формула расчета напряженности электрического поля

Где:

F-сила Лоуренца;

  • q – заряд;
  • B – вектор магнитной индукции;
  • С – скорость света в вакууме;
  • j – плотность магнитного тока;
  • μ0 – магнитная постоянная = 1,25663706*10-6;
  • ε0 – электрическая постоянная, равная 8,85418781762039*10-12

Наряду со значением магнитной индукцией данный параметр является основной характеристикой электромагнитного поля, излучаемого зарядом. Исходя из этого, с точки зрения термодинамики напряженность – значительно более важное значение, чем сила тока или другие показатели.

Электрическое поле

Данные законы выступают фундаментальными, на них строится вся термодинамика. Следует отметить, что закон Ампера и другие более ранние формулы являются приближенными или описывают частные случаи. Законы Максвелла и Лоренца универсальны.

Практическое значение

Понятие напряженности нашло широкое применение в электротехнике. Оно применяется для расчетов норм сигналов, вычисления устойчивости системы, определения влияния электрического излучения на окружающие источник элементы.

Основной сферой, где понятие нашло широкое применение, является сотовая и спутниковая связь, телевышки и другие электромагнитные излучатели. Знание интенсивности излучения для данных устройств позволяют рассчитать такие параметры, как:

  • дальность действия радиовышки;
  • безопасное расстояние от источника до человека.

Первый параметр крайне важен для тех, кто устанавливает спутниковое телевизионное вещание, а также мобильную связь. Второй дает возможность определить допустимые нормы по излучению, тем самым обезопасив пользователей от вредного влияния электроприборов. Применение данных свойств электромагнитного излучения не ограничивается связью. На этих базовых принципах построена выработка энергии, бытовая техника, отчасти производство механических изделий (например, окрашивание при помощи электромагнитных импульсов). Таким образом, понимание величины является важным и для производственного процесса.

Интересные опыты, позволяющие увидеть картину силовых линий электрического поля: видео

Читайте также:

напряжённость электрического поля — это… Что такое напряжённость электрического поля?

(Е), основная силовая характеристика электрического поля, равная отношению силы, действующей на точечный электрический заряд в данной точке пространства, к величине заряда.

НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИ́ЧЕСКОГО ПО́ЛЯ (Е), основная силовая характеристика электрического поля (см. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ), определяемая силой (F), действующей на точечный (единичный) положительный электрический заряд (см. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ЗАРЯД) (Qo), помещенный в данную точку поля. Заряд должен быть малым, чтобы не изменять ни величины, ни расположения тех зарядов, которые порождают исследуемое поле (т. е. заряд, не искажающий поля, которое с его помощью изучается, при этом собственным электрическим полем точечного заряда пренебрегают).
Е = F/ Qo.
В общем случае напряженность поля Е = F/Q. Т.е. напряженность в данной точке пространства есть отношение силы, действующей на заряд, помещенный в эту точку к величине этого заряда.
Единица измерения напряженности электростатического поля — 1Н/Кл =1В/м.
Напряженность 1Н/Кл — это напряженность такого поля, которое на точечный заряд 1 Кл действует силой 1 Н, эту единицу в системе СИ называют В/м.
Напряженность электрического поля — векторная величина. Направление вектора напряженности Е совпадает с направлением кулоновской (см. Кулона закон (см. КУЛОНА ЗАКОН)) силы, действующей на точечный положительный заряд, помещенный в данную точку поля.
Если поле создается положительным зарядом, то вектор напряженности такого поля направлен от заряда вдоль радиуса-вектора, если поле создается отрицательным зарядом, то вектор напряженности поля Е направлен к заряду.
Графической характеристикой поля являются силовые линии (см. СИЛОВЫЕ ЛИНИИ) напряженности электрического поля, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности.
Для электростатического поля напряженность электрического поля может быть представлена как градиент (
см.
ГРАДИЕНТ) электрического потенциала (см. ПОТЕНЦИАЛ (в физике)) j;
Е = — gradj.
Вектор напряженности электрического поля направлен в сторону убывания потенциала.
В вакууме напряженность электрического поля удовлетворяет принципу суперпозиции, согласно которому полная напряженность поля в точке равна геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых отдельными заряженными частицами.

Напряженность электрического поля — это… Что такое Напряженность электрического поля?

Напряжённость электрического по́ля — векторная характеристика электрического поля в данной точке, равная отношению силы \vec F, действующей на пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда q:

\vec E= \frac{\vec F}{q}
.

По сути, \vec E задает само векторное поле, поскольку его величина и направление меняется в пространстве от точки к точке.

Напряжённость электрического поля точечного заряда

Для системы СИ

Используя потенциал

Вектор \vec E выражается как градиент потенциала, взятый с обратным знаком: \vec E = - \nabla \varphi . К примеру, для точечного заряда, исходя из закона Кулона \varphi = \frac{q}{4 \pi \varepsilon_0 r}

. Так как эквипотенциальные поверхности являются в этом случае сферами, то производная по нормали есть производная по радиусу. Таким образом мы можем прийти к так называемому кулоновскому полю:;

 
           E = - \frac{\partial \varphi}{\partial n}= -\frac{\partial }{\partial r } \left( \frac{q}{4 \pi \varepsilon_0  r} \right)
             = \frac{q}{ 4 \pi \varepsilon_0 r^2}
.

Используя теорему Остроградского — Гаусса

Из формулы Остроградского-Гаусса вектор \vec E можно определить, зная плотность распределения зарядов. Согласно Формуле О-Г, а также используя уравнение Максвелла \operatorname{div}{\vec E}=\varepsilon_0^{-1} \rho, легко получить:


         \oint\limits_S \vec{E} \cdot \mathrm{d}\vec{S} = \int\limits_V \operatorname{div}{\vec E} \mathrm{d}V 
          = \frac{1}{\varepsilon_0} \int\limits_V \rho \mathrm{d}V = \frac{q_{in}}{\varepsilon_0},

где qin — заряд, находящийся внутри замкнутой поверхности S, объемом V. В качестве поверхности интегрирования возьмем сферу (центральная симметрия), тогда


         \oint\limits_S \vec{E} \cdot \mathrm{d}\vec{S} = E \oint\limits_S \mathrm{d}\vec{S} = E \cdot 4 \pi r^2

И самоочевидно:


         E=\frac{q}{4 \pi  \varepsilon_0 r^2}
.


Как и следовало ожидать, результаты полностью совпали.

Для системы СГС

Рассуждения аналогичны, вся разница лишь в том, что изменяется вид потенциала \varphi = \frac{q}{r}, уравнение Максвелла \operatorname{div}{\vec E}=4 \pi \rho и \varepsilon_0 = 1. В итоге, получаем в системе СГС:


        E=\frac{q}{r^2}.

Системы единиц

В системе СГС напряжённость электрического поля измеряется в СГСЭ единицах, в системе СИ — в Ньютонах на Кулон или в Вольтах на метр (В/м или V/m).

См. также

Wikimedia Foundation. 2010.

66. Напряженность электрического поля, единицы измерения. Напряженность поля точечного заряда.

Напряженность электрического поля. Количественной характеристикой силового действия электрического поля на заряженные тела служит векторная величина E, называемая напряжённостью электрического поля.

E F / q пр.

Она определяется отношением силы F, действующей со стороны поля на точечный пробный заряд qпр, помещенный в рассматриваемую точку поля, к величине этого заряда.

Понятие «пробный заряд» предполагает, что этот заряд не участвует в создании электрического поля и так мал, что не искажает его, т. е. не вызывает перераспределения в пространстве зарядов, создающих рассматриваемое поле. В системе СИ единицей напряженности служит 1 В / м, что эквивалентно 1 Н / Кл.

Напряженность поля точечного заряда. Используя закон Кулона (1.1) найдем выражение для напряжённости электрического поля, создаваемого точечным зарядом q в однородной изотропной среде на расстоянии r от заряда:

   (1.2)

В этой формуле r – радиус-вектор, соединяющий заряды q и qпр. Из (1.2) следует, что напряжённость E поля точечного заряда q во всех точках поля направлена радиально от заряда при q > 0 и к заряду при q < 0.

67. Силовые линии (линии напряженности) электрического поля. Однородное поле

Графическое изображение электрического поля. Метод графического изображения электрического поля был предложен английским физиком Майклом Фарадеем. Суть метода заключается в том, что на чертеже изображаются непрерывные линии, которые называют линиями напряженности, или силовыми линиями.

Правило построения линий напряженности заключается в том, что касательные к ним в каждой точке чертежа совпадают с направлением вектора напряженности поля в изображаемой точке.

Таким образом, силовые линии имеют то же направление, что и напряжённость поля и не пересекаются, так как в каждой точке электрического поля вектор E имеет лишь одно направление.

С помощью силовых линий можно дать количественную характеристику напряжённости электрического поля. Для этого густота, или плотность, силовых линий выбирается пропорционально модулю вектора напряженности. Плотность силовых линий определяется как число линий, пронизывающих единичную поверхность в направлении, перпендикулярном к этой поверхности.

Изображение силовых линий позволяет получать картину поля, которая наглядно показывает, чему равна напряженность в разных частях поля и как она изменяется в пространстве.

Электрическое поле, в котором напряженность одинакова по модулю и направлению в любой точке пространства, называется однородным электрическим полем.

Приблизительно однородным является электрическое поле между двумя разноименно заряженными плоскими металлическими пластинами. Линии напряженности в однородном электрическом поле параллельны друг другу 

Электростатическое поле. Напряженность электростатического поля

       Почему заряды взаимодействуют? Над этим вопросом ученые работали долгое время, имела место борьба двух теорий: теория дальнодействия – Ньютон, Ампер и теория близкодействия – Фарадей, Максвелл и т.д. Для электростатического поля справедливы обе эти теории.

       Для понимания происхождения и передачи сил, действующих между зарядами, необходимо допустить наличие между зарядами какого-либо физического агента, обуславливающего это взаимодействие. Этим агентом является электрическое поле.

       Вокруг заряда всегда есть электрическое поле, основное свойство которого заключается в том, что на всякий другой заряд, помещенный в это поле, действует сила.

       Электрические и магнитные поля – частный случай более общего – электромагнитного поля (ЭМП). Они могут порождать друг друга, превращаться друг в друга. Если заряды не движутся, то магнитное поле не возникает.

       ЭМП – не абстракция, а объективная реальность – форма существования материи, обладающая определенными физическими свойствами, которые мы можем измерить.

       Не существует статических электрических полей, не связанных с зарядами, как не существует «голых», не окруженных полем зарядов.

       Силовой характеристикой поля создаваемого зарядом q является отношение силы действующей на заряд к величине этого заряда называемое напряженностью электростатического поля, т.е.

  ,   (1.3.1)
Или в векторной форме
  ,   (1.3.2)
здесь r – расстояние от заряда до точки, где мы изучаем это поле. Тогда и при , .

       Вектор напряженности электростатического поля равен силе, действующей в данной точке на помещенный в нее пробный единичный положительный заряд.

       Направление вектора напряженности определяет направление силы, действующей на положительный заряд, помещенный в рассматриваемую точку поля.

       Из формулы (1.3.1) следует что единица измерения напряженности электростатического поля – ньютон на кулон (Н/Кл).

       1 Н/Кл – напряженность такого поля, которое на точечный заряд 1 Кл действует с силой в 1 Н.

       В СИ размерность напряженности .


Как определить напряженность электрического поля

Прежде чем выяснять, как определить напряженность электрического поля, нужно обязательно понять суть этого явления.

Свойства электрического поля

В создании электрического поля участвуют подвижные и неподвижные заряды. Наличие поля проявляется в его силовом воздействии на них. Кроме того, поле способно создавать индукцию зарядов, находящихся на поверхности проводников. Когда поле создается с помощью неподвижных зарядов, его считают стационарным электрическим полем. Другое название – электростатическое поле. Является одной из разновидностей электромагнитного поля, с помощью которого происходят все силовые взаимодействия, возникающие между заряженными частицами.

В чем измеряется напряженность электрического поля

Напряженность – есть векторная величина, оказывающая силовое воздействие на заряженные частицы. Величина определяется как отношение силы, направленной с его стороны, к величине точечного пробного электрозаряда в конкретной точке этого поля. Пробный электрозаряд вносится в электрополе специально, чтобы можно было рассчитать напряженность.

Кроме теории, существуют практические способы, как определить напряженность электрического поля:

  1. В произвольном электрическом поле, необходимо взять тело, содержащее электрозаряд. Размеры этого тела должны быть меньше, чем размеры тела, с помощью которого генерируется электрическое поле. Для этой цели можно использовать небольшой металлический шарик с электрозарядом. Необходимо измерить заряд шарика с помощью электрометра и поместить в поле. Действующую на шарик силу необходимо уравновесить динамометром. После этого с динамометра снимаются показания, выраженные в ньютонах. Если значение силы разделить на величину заряда, то получится значение напряженности, выраженное в вольт/метр.
  2. Напряженность поля в определенной точке, удаленной от заряда на какую-либо длину, вначале определяется измерением расстояния между ними. Затем, величина делится на полученное расстояние, возведенное в квадрат. К полученному результату применяется коэффициент 9*10^9.
  3. В конденсаторе определение напряженности начинается с измерения напряжения между его пластинами с помощью вольтметра. Далее, необходимо измерить расстояние между пластинами. Значение в вольтах делится на расстояние между пластинами в метрах. Полученный результат и будет значением напряженности электрического поля.

Напряженность электрического поля — Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодия — статья

Напряженность электри́ческого по́ля (Е) — основная силовая характеристика электрического поля, определяемая силой (F), действующей на точечный (единичный) положительный электрический заряд (Qo), помещенный в данную точку поля. Заряд должен быть малым, чтобы не изменять ни величины, ни расположения тех зарядов, которые порождают исследуемое поле (т. е. заряд, не искажающий поля, которое с его помощью изучается, при этом собственным электрическим полем точечного заряда пренебрегают).

Е = F/ Qo.

В общем случае напряженность поля Е = F/Q. Т.е. напряженность в данной точке пространства есть отношение силы, действующей на заряд, помещенный в эту точку к величине этого заряда.

Единица измерения напряженности электростатического поля — 1 Н/Кл =1В/м.

Напряженность 1Н/Кл — это напряженность такого поля, которое на точечный заряд 1 Кл действует силой 1 Н, эту единицу в системе СИ называют В/м.

Напряженность электрического поля — векторная величина. Направление вектора напряженности Е совпадает с направлением кулоновской (см. Кулона закон) силы, действующей на точечный положительный заряд, помещенный в данную точку поля.

Если поле создается положительным зарядом, то вектор напряженности такого поля направлен от заряда вдоль радиуса-вектора, если поле создается отрицательным зарядом, то вектор напряженности поля Е направлен к заряду.

Графической характеристикой поля являются силовые линии напряженности электрического поля, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора напряженности.Для электростатического поля напряженность электрического поля может быть представлена как градиент электрического потенциалаj;

Е = — gradj.

Вектор напряженности электрического поля направлен в сторону убывания потенциала.

В вакууме напряженность электрического поля удовлетворяет принципу суперпозиции, согласно которому полная напряженность поля в точке равна геометрической сумме напряженностей полей, создаваемых отдельными заряженными частицами.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *