Електричне поле: визначення, характеристики, властивості

Є такий термін у фізиці, як «Електричне поле». Він описує явище виникнення певної сили навколо заряджених тіл. Воно застосовується на практиці і зустрічається в повсякденному житті. У цій статті ми розглянемо, що таке електричне поле і які його властивості, а також, де воно виникає і застосовується.

визначення

Навколо зарядженого тіла виникає електричне поле. Якщо сказати формулювання простими словами, то це таке поле, яке діє на інші тіла з певною силою.

Основною кількісною характеристикою є напруженість електричного поля. Вона дорівнює відношенню сили, що діє на заряд, до величини заряду. Сила діє в якомусь напрямку, значить і напруженість ЕП векторна величина. Нижче ви бачите формулу напруженості:

Напруженість ЕП діє в напрямку, який обчислюється за принципом суперпозиції. Тобто:

На малюнку нижче ви бачите умовне графічне зображення двох зарядів різної полярності і силові лінії електричного поля, що виникає між ними.

Важливо! Головною умовою виникнення електричного поля є те, що тіло повинне мати якийсь заряд. Тільки тоді навколо нього виникне поле, яке буде діяти на інші заряджені тіла.

Щоб визначити величину напруженості електричного поля навколо одиничного пробного заряду використовують закон Кулона, в цьому випадку:

Таке поле називають ще й кулоновским.

Іншою важливою фізичною величиною є потенціал електричного поля. Це вже не векторна, а скалярна величина, вона прямопропорційна енергії, яка додається до заряду:

Важливо! Силовий і енергетичної характеристикою електричного поля є напруженість і потенціал. Це і є його основні фізичні властивості.

Він вимірюється в Вольтах і чисельно дорівнює роботі ЕП по переміщенню заряду з певної точки в нескінченність.

Більш детально дізнатися про те, що таке напруженість електричного поля, ви можете з відео уроку:

види полів

Розрізняють декілька основних видів полів, в залежності від того, де воно існує. Розглянемо кілька прикладів виникають полів в різних ситуаціях.

  1. Якщо заряди нерухомі – це статичне поле.
  2. Якщо заряди рухаються по провіднику – магнітне (не плутати з ЕП).
  3. Стаціонарне поле виникає навколо нерухомих провідників з незмінних струмом.
  4. У радіохвилях виділяють електричне та магнітне поле, які розташовані в просторі перпендикулярно один одному. Це відбувається, тому що будь-яка зміна МП породжує виникнення ЕП з замкнутими силовими лініями.

Виявлення електричного поля

Ми спробували вам розповісти все важливі визначення і умови існування електричного поля простою мовою. Давайте розбиратися, як його виявити. Магнітне виявити легко – за допомогою компаса.

Електричне поле ми можемо виявити в побуті. Всі ми знаємо, що якщо потерти пластикову лінійку про волосся, то дрібні папірці почнуть до неї притягатися. Це і є дія електричного поля. Коли ви знімаєте вовняний светр, чуєте тріск і бачите іскорки – це воно ж.

Іншим способом виявити ЕП – помістити в нього пробний заряд. Чинне поле відхилить його. Це застосовується в ЕПТ моніторах і, відповідно, променевих трубках осцилографа, про це поговоримо пізніше.

Практика

Ми вже згадали про те, що в побуті електричне поле проявляється, коли ви знімаєте вовняну або синтетичний одяг з себе і проскакують іскорки між волоссям і шерстю, коли натрете пластикову лінійку і проведете над дрібними папірцями, а вони притягуються і інше. Але це не є нормальними технічними прикладами.

У провідниках найменше ЕП викликає рух носіїв зарядів і їх перерозподіл. У діелектриках, так як ширина забороненої зони в цих речовинах велика, ЕП викличе рух носіїв зарядів тільки в разі пробою діелектрика. У напівпровідниках дію знаходиться між діелектриком і провідником, але потрібно подолати невелику ширину забороненої зони, передавши енергію порядку 0.3 … 0.7 еВ (для германію і кремнію).

З того, що є в кожному будинку – це електронні побутові прилади, в тому числі і блоки живлення. У них є важлива деталь, яка працює завдяки електричному полю – це конденсатор. У ньому заряди утримуються на обкладинках, розділених діелектриком, як раз таки завдяки роботі електричного поля. На зображенні нижче ви бачите умовне зображення зарядів на обкладинках конденсатора.

Інше застосування в електротехніці – це польові транзистори або МДП-транзистори. У їх назві вже згадується принцип дії. У них принцип роботи заснований на зміні провідності СТОК-ІСТОК під впливом на напівпровідник поперечного електричного поля, а в МДП (МОП, MOSFET – одне і те ж) і зовсім затвор відділений діелектричним шаром (оксидом) від провідного каналу, так що вплив струмів ЗАТВОР -ІСТОК неможливо за визначенням.

Інше застосування вже відійшло в побуті, але ще «живе» в промисловій і лабораторній техніці – електроннопроменеві трубки (ЕПТ або т.зв. кінескопи). Де одним з варіантів пристрою для переміщення променя по екрану є електростатична відхиляє.

Якщо розповісти простою мовою, то є гармата, яка випромінює (емітує) електрони. Є система, яка відхиляє цей електрон в потрібну точку на екрані, для отримання необхідного зображення. Напруга прикладається до пластин, а на емітований летить електрон впливають кулонівських сили, відповідно і електричне поле. Все описане відбувається у вакуумі. Тоді до пластин прикладають висока напруга, а для його формування встановлюють трансформатор рядкової розгортки і обратноходового перетворювач.

На відео нижче коротко і зрозуміло пояснюється, що таке електричне поле і якими властивостями володіє цей особливий вид матерії:

Ссылка на основную публикацию